Юный техник 1974-08, страница 18

Для описания равновесного состояния на микроскопическом уровне австрийским физиком Больцманом выведена точная формула. Вот она:

^Ек- ^Ес

п_к = п₀ е--^-

Здесь Т — абсолютная температура (по шкале Кельвина), к — постоянная Больцмана, равная эрг

1,38- Ю^{- 6}--, е — основание

град

натуральных логарифмов

Смотрите, в этой формуле температура никак не связана с передачей тепла, здесь она величина, определяющая распределение частиц по энергиям! Стоило перейти на микроскопическую точку зрения, как мы обнаружили новую «обязанность» температуры распределять частицы по энергетическим уровням. Эта новая «обязанность» дает нам новые методы определения температуры, позволяющие разгадать тайну фантастических 20 000° К. Зная распределение по энергиям, мы всегда по формуле Больцмана сможем узнать величину температуры. Собственно, руководствуясь этой формулой, физики и определили, что температура электронов внутри пюминесцентной лампы 10 000° К. Измерения, основанные на потоке тепла, были бы слишком сложны.

Итак, разгадка одного из сюрпризов температуры найдена. Приступим к разгадке следующего — совершим мысленный эксперимент.

Попробуем отнимать тепло у системы. Полная энергия всех частиц £п_к Е_к должна уменьшаться. Будут меняться заселенности уровней — нижних возрастать, верхних убывать. Температура при этом по уравнению Больцмана тоже будёт уменьшаться. Когда мы отнимем у частиц всю их энергию, все они сядут на самую нижнюю ступеньку — температура системы обратится в нуль И как бы ни пытались отнять у частиц энергию, нам это не удастся. Снова тупик?

Попробуем двигаться в другом направлении — нагревать систему. Может, тогда случится неожиданное. Нагрев приведет к большему заполнению уровней с высокими энергиями, а это говорит о возрастании температуры. Правда, сколько бы тепла мы ни передали системе, всегда заселенность верхних уровней останется меньше нижних. Случись обратное: суммарная энергия частиц, рассаженных на ступеньках бесконечной лесенки, оказалась бы [ бесконечной.

Пока все в наших рассуждениях в привычных рамках правил. И все же, заметим, уже появилась лазейка, воспользовавшись которой мы сможем наконец объяснить парадокс лазера.

До сих пор мы говорили о системах с бесконечным числом уровней (отсюда и абстракции — Е_к, п_к.. ). Но представим иную ■ картину, когда наша система

16