negatiivne absoluutne temperatuur, väärtusasutus, mida manustatakse kvantisüsteemi mitte-tasakaaluriikide kirjeldamiseks, milles suurem energia tase on rohkem elavamad kui madalamad. Tasakaalusingimustes, energia tõenäosus E N. Määratud valemiga:

Siin E I - Süsteemi energia tasemed, k. - Boltzmann on püsiv, T. - Absoluutne temperatuur, mis iseloomustab tasakaalu süsteemi keskmine energia U \u003d σ (W n e n), Alates (1) võib seda näha T. \u003e 0 madalamat energiataset on asustatud osakestest rohkem kui ülemine. Kui süsteem väliste mõjude mõju all kannab notekteerimata seisundisse, mida iseloomustab suurem kui ülemise taseme populatsioon võrreldes madalama tasemega, seejärel saate vormindada valemit (1), pannes selle T. < 0. Однако понятие О. т. применимо только к квантовым системам, обладающим конечным числом уровней, так как для создания О. т. для пары уровней необходимо затратить определённую энергию.

Termodünaamika absoluutne temperatuur T. Määratakse läbi pöördväärtuse 1 / T.Erineva entropia derivaadiga (vt Entropia) S. Ülejäänud parameetrite püsivuse süsteemi keskmise energia keskmises energias h.:

Alates (2) Sellest järeldub, et O. t. Tähendab keskmise energia suurenemisega entroopia vähenemist. Kuid O. t. See võetakse kasutusele mitte-tasakaaluriikide kirjeldamiseks, millele tasakaalu termodünaamika seaduste kasutamine sõltub.

O. Süsteemi näide O. See on tuumapuhuride süsteem magnetvälja kristallis, mis on väga halvasti suheldes kristallvõre termilise kõikumisega (vt kristalset võre), mis on peaaegu isoleeritud termilise liikumise tõttu. Kuuma tasakaalu keerutuste loomise aeg mõõdetakse kümnete minutitega. Selle aja jooksul võib tuumapuhastuste süsteem olla O. T-ga olekus olekus olekus, kus see on välise mõju all läbinud.

O. kitsamas tähenduses on O., kahe valitud kvantisüsteemi energiavarustuse taset inversiooni aste iseloom. Elanikkonna termodünaamilise tasakaalu korral N 1 ja N 2. Taset E 1. ja E 2. (E 1. < E 2.), st nende riikide keskmised osakeste numbrid on seotud BOLTZMANNi valemiga:

kus T - Aine absoluutne temperatuur. Alates (3) järeldub, et N 2. < N 1. Kui te häirite süsteemi tasakaalu, näiteks mõjutada süsteemi monokromaatilise elektromagnetilise kiirgusega, mille sagedus on tasandite vahelise ülemineku sageduse lähedal: ω 21 \u003d ( E 2. - E 1.)/ħ ja erineb teiste üleminekute sagedustest, siis saate seisundi, kus tipptasemel on suurem kui madalam N 2. > N 1. Kui see on pühitsetud, et rakendada Boltzmanni valemit sellise notekiudude puhul, siis seoses energia taset E 1. ja E 2. Võite sisestada O. t. Vastavalt valemile:

Esiteks märgime, et negatiivse absoluutse temperatuuriga riikide idee ei ole vastuolus ebakindla nulli saavutamise võimatuse teoreemiga.

Kaaluge süsteemi negatiivse absoluutse temperatuuriga, millel on ainult kaks energiat. Absoluutse nulltemperatuuridega on kõik osakesed madalaimal tasemel. Temperatuuri suurenemisega hakkab osa osakestest liikuma alumisest tasemest tippu. Esimese ja teise taseme osakeste arvu vaheline suhe erinevates temperatuurides on rahul energiavarustuse jaotusega kujul:

Suurendava temperatuuri korral läheneb teise taseme osakeste arv osakeste arvul esimesel tasandil. Lõputult suurte temperatuuride piires mõlemal tasandil on sama palju osakesi.

Seega, mis tahes suhe osakeste arvu vahekord

meie süsteemi saab seostada konkreetse statistilise temperatuuriga määramata võrdõiguslikkuse vahemikus (12. 44). Siiski on eritingimustes võimalik saavutada, et vaatlusaluses süsteemis oli teisel tasandil osakeste arv suurem kui esimese taseme osakeste arv. Sellise osakeste arvu suhe võib analoogia põhjal arvestada ka teatud statistilise temperatuuri või jaotusmooduli abil. Kuid järgmiselt: 12. 44) peab see statistiline jaotusmoodul olema negatiivne. Seega võib vaadeldavat riiki seostada negatiivse absoluutse temperatuuriga.

Alates peetavast näitest on selge, et negatiivne absoluutne temperatuur sellel viisil ei ole temperatuur alla absoluutse nulli. Tõepoolest, kui absoluutse nullsüsteemiga on minimaalne sisemine energia, suureneb süsteemi sisemine energiasüsteemi sisemine energia. Siiski, kui vaatleme süsteemi osakestest ainult kahe energiatasemega, muudetakse selle sisemist energiat järgmiselt. Kõigi osakestega on madalamal tasemel energiaga seetõttu sisemine energia lõputult suure osakeste temperatuur on tasandite vahel ühtlaselt jaotunud (joonis fig 71) ja siseenergiat:

i.E. on lõplik tähendus.

Kui te nüüd arvutate süsteemi energia riigis, omistasime negatiivse temperatuuri, selgub, et sisemine energia selles riigis on suurem kui energia puhul lõputult kõrge positiivse temperatuuri. Tõesti,

Seega vastavad negatiivsed temperatuurid kõrgemale sisemisele energiale kui positiivne. Negatiivse ja positiivse temperatuuri termilise kontakti termilise kontaktiga liigub energia organitest negatiivse absoluutse temperatuuriga organitega positiivse temperatuuriga kehastega. Seetõttu saab organite pidada "kuumemaks" negatiivsetel temperatuuridel kui positiivselt.

Joonis fig. 71. Negatiivsete absoluutsete temperatuuride mõiste selgitamiseks

Esitatud kaalutlused sisemise energiaga negatiivse jaotusmooduliga võimaldavad kaaluda negatiivset absoluutset temperatuuri, nagu oleks kõvamata kõrge positiivsete temperatuuride kohal. Tuleb välja, et temperatuuri ulatuses ei ole negatiivse absoluutsete temperatuuride pindala "alla absoluutse nulli", kuid "kohal lõpmatu temperatuuri kohal". Samal ajal on lõputult suur positiivne temperatuur "peaaegu" lõputult suure negatiivse temperatuuriga, st.

Mooduli negatiivse temperatuuri vähenemine toob kaasa süsteemi sisemise energia edasise kasvu. Süsteemi energiaga on maksimaalne, kuna kõik osakesed kogunevad teise taseme juures:

Süsteemi entropia on sümmeetriline seoses absoluutse temperatuuri märk tasakaaluriikides.

Negatiivse absoluutse temperatuuri füüsiline tähendus langeb statistilise jaotuse negatiivse mooduli esitlemisele.

Kui süsteemi staatust kirjeldatakse, kasutades statistilist jaotust negatiivse mooduliga, saate sisestada negatiivse temperatuuri mõiste.

Selgub, et selliseid riike mõnede süsteemide jaoks võib toimuda erinevate füüsiliste tingimuste alusel. Nende lihtsaim on süsteemi energia osakaal nõrga koostoimega ümbritsevate süsteemidega positiivsete temperatuuridega ja võime säilitada selle riigi väliste jõudude poolt.

Tõepoolest, kui loote negatiivse temperatuuriga riigi, s.o teha rohkem tänu spontaansetele üleminekutele, saavad osakesed liikuda riigist tingimusega, millel on vähem energiat vähem energiat, on negatiivse temperatuuri seisund ebastabiilne. Et säilitada kaua aega, et säilitada pikka aega, on vaja täita osakeste arvu tasandil, vähendades osakeste arvu tasemel

Selgus, et tuuma magnetiliste hetkede süsteem vastavad energiajäsemete nõuetele. Tõepoolest, spin magnetilised hetked on teatud arvu orientatsiooni ja seetõttu energia taset magnetvälja. Teiselt poolt; Tuumapumpide süsteemis tuuma magnetresonantsi abil saate tõlkida ainult kõrgeima energiaga riiki, st kõrgeimal tasemel. Pöördülekande jaoks madalamale tasemele peavad tuuma seljad vahetama energiat kristallvõrega, mis vajab üsna pikka aega. Samade ajavahemike jooksul väiksem kui spin-võre lõõgastumise aeg võib süsteem olla negatiivse temperatuuriga riikides.

Peegi näide ei ole ainus viis negatiivse temperatuuriga süsteemide hankimiseks.

Negatiivse temperatuuriga süsteemidel on üks huvitav funktsioon. Kui läbi sellise süsteemi läbida kiirguse sageduse vastava erinevuse energia taset, siis mööduv kiirgus

see stimuleerib osakeste üleminekuid madalamale tasemele koos täiendava kiirgusega. Seda toimet kasutatakse kvantgeneraatorite ja kvantvõimendite (maserite ja laserite) käitamisel.

Termodünaamiline süsteem, milles tõenäosus süsteemi suuremas energiasüsteemis tuvastada on kõrgem kui madalamaga mikrostamisel.

Kvantstatistika kohaselt tähendab see, et süsteemi avastab tõenäolisemalt ühe energia tasemega kõrgema energiaga kui madalama energiaga tasemel. N-mitu degeneratiivset taset peetakse N taseme jaoks.

Klassikalises statistikas vastab see suure tõenäosuse tihedusele suurema energiaga faasikoha punktide jaoks võrreldes madalamate energiapunktidega. Positiivse temperatuuri korral on tõenäosuste või nende tiheduste suhe vastupidine.

Negatiivse temperatuuri tasakaalu olemasolu puhul on statistilise summa lähenemine vajalik sellel temperatuuril. Selleks on piisavad tingimused: kvantstatistika puhul - süsteemi energiatasemete arvu osakaal klassikalises statistilises füüsikas - et süsteemile kättesaadava faasiruum on piiratud mahuga ja kõik selles taskukohase ruumi punktid vastavad teatud lõpliku intervalliga energia.

Sellistel juhtudel on olemas võimalus, et süsteemi energia on suurem kui sama süsteemi energia, millel on tasakaalu jaotumine positiivse või lõpmatu temperatuuriga. Ühtne jaotus ja lõppenergia sobib lõpmatu temperatuuri allapoole maksimaalse võimaliku võimaliku temperatuuri alla. Kui sellisel süsteemil on lõpmatu temperatuuri kõrgema energia energia, saab tasakaalu olekut kirjeldada ainult sellise energiaga, kasutades negatiivset absoluutset temperatuuri.

Süsteemi negatiivse temperatuuri säilitatakse piisavalt kaua, kui see süsteem on positiivse temperatuuriga organitest üsna hästi isoleeritud. Praktikas võib negatiivset temperatuuri rakendada näiteks tuumapuhastuste süsteemis.

Negatiivse temperatuuriga on tasakaalus protsessid võimalikud. Temperatuuri erinevate osadega kahe süsteemi termilise kontaktiga hakkab positiivse temperatuuriga süsteem soojendama, negatiivse jahedaga. Selleks, et temperatuurid muutuksid võrdseks, peaks üks süsteemidest läbima lõpmatu temperatuuri (teatud juhul, kombineeritud süsteemi tasakaalu temperatuur jääb lõpmatuks).

Absoluutne temperatuur + ∞ (Displaystyle + Shy) ja - ∞ (Displaystyle - ritt) - See on sama temperatuur (mis vastab ühtlasele jaotusele), kuid temperatuurid t \u003d + 0 ja t \u003d -0 erinevad. Seega kontsentreeritakse piiratud arvu tasemete kvantisüsteem madalaima taseme juures t \u003d + 0 ja kõrgeima - juures t \u003d -0. Mitme tasakaalu seisundi edastamine võib süsteem sisestada temperatuuripiirkonna teise märgiga ainult lõpmatu temperatuuri kaudu.

Süsteemis taset inversioon populatsioone, absoluutne temperatuur on negatiivne, kui see on kindlaks määratud, see tähendab, et kui süsteem on piisavalt lähedal tasakaalu.

Entsüklopeediline YouTube.

1 / 3

Absoluutne temperatuur ➽ füüsika 10 klassi ➽ videoõpetus