Техника - молодёжи 1961-10, страница 14

и каким-либо искусственным способом сообщить всем молекулам одинаковую энергию. Потом некоторой части молекул мы можем сообщить повышенные скорости, зато другую часть молекул затормозить. При этом показания обычного, термодинамического термометра останутся неизменными.

Но в предыдущем рассуждении мы предположили, что сообщаем искусственным образом молекулам ту или иную скорость. Если же газ предоста-

кинотеатра продаются билеты разной стоимости. Если зрителей меньше, чем мест в зале, то можно сказать, что в каждом случае установится нормальная, равновесная сумма выручки. Причем большая часть зрителей купит билеты средней стоимости, а билеты низшей и высшей стоимости приобретут лишь немногие. Выручку мы и будем считать температурой. При нормальном распределении мы можем по числу зрителей, купивших билеты

ТЕМПЕРАТУРЫ

Максвелл и Болъцман решили обратную ладану: по количеству частиц, имеющих данную скорость, определять температуру газа. Но их формулы справедливы лишь для равновесных, нормальных систем, для которых показания больцмановского и классического термометров совпадают. ____I

вить самому себе, то через некоторое время он придет к нормальному, равновесному распределению. Максвелл и Больцман в прошлом столетии показали, что для объема газа в равновесных условиях по количеству молекул, имеющих то или иное значение энергии, можно определить абсолютную температуру газа, причем она будет совпадать с температурой, измеренной обычным термометром. Для таких равновесных систем также не существует абсолютных отрицательных темпе ратур.

Картина примерно такова: в кассе

данной стоимости, примерно определить всю выручку. Но если в кассе сократить продажу билетов средней стоимо

сти, а возросшее число дорогих билетов компенсировать увеличением количества дешевых, то мы прежнюю сумму можем получить при ненормальном, неравновесном распределении. Если в этом случае по числу людей, купивших билеты средней стоимости, попытаться определить полную выручку, мы получим явно заниженное значение. Но это только при неравновесном, искусственном распределении.

Образно говоря, Максвелл и Больцман вывели формулу, пользуясь которой по числу людей, купивших билеты данной стоимости, можно сразу определить всю выручку. Но для этого нужно быть уверенным в том, что распределение нормальное, равновесное.

Классическая термодинамика, как мы установили, рассматривает только стационарные, равновесные системы. Для таких систем не существует и не может существовать абсолютного нуля и абсолютных отрицательных температур. Но ведь в технике неравновесные состояния встречаются едва ли не чаще, чем стационарные. Можно ли распространить на них понятия и методы классической термодинамики?

Оказывается, можно. Но для этого необходимо расширить эти понятия, сделать их более емкими. Тогда математический аппарат, разработанный классической термодинамикой, можно с успехом применять для изучения неравновесных динамических систем.

Для таких-то систем и приобретает реальный физический смысл абсолютная отрицательная температура, которая в этих случаях характеризует не кинетическую энергию молекул, как в классической термодинамике, а распределение их по уровням энергии.

АБСОЛЮТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА И КВАНТЫ ЭНЕРГИИ

Квантовая физика показала, что энергия атомов и молекул может меняться лишь целыми порциями — квантами. Теперь больцмановская кривая нормального распределения получается не гладкой, а «зубчатой». Здесь показания классического и больцмановского термометров расходятся. Первый показывает постоянную температуру. Второй — для значений энергии, где

Простейшие частицы вещества — электроны, протоны, нейтроны — имеют собственный вращательный момент — спин, с которым связан магнитный момент. При наличии внешнего магнитного поля такая частица может быть повернута либо по направлению поля, либо против него. Этим двум ориентациям отвечают два различных значения магнитной энергии, то есть две различные *спиновые температуры»: а) Все часгиуы ориентированы по полю. Больцмановская температура Т=0; б) Меньшее количество чветиу повернуто против поля—Т>0; в) Против поля и по полю ориентировано одинаковое число частиц — Т = оо- г) Против поля ориентировано частиц больше, чем по нему. Система находится в состоянии абсолютных отрицательных температур—Т<0: д) Все частицы повернуты против поля. Система достигает второго значения абсолютного нуля.

т=о

т=о

ti