БОЛЬШАЯ СОВЕТСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ, БСЭ БОЛЬШАЯ СОВЕТСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ, БСЭ
Навигация:

Библиотека DJVU
Photogallery

БСЭ

Статистика:


Отрицательная температура

Значение слова "Отрицательная температура" в Большой Советской Энциклопедии


Отрицательная температура, отрицательная абсолютная температура, величина, вводимая для описания неравновесных состояний квантовой системы, в которых более высокие уровни энергии
более населены, чем нижние. В равновесном состоянии вероятность иметь энергию En определяется формулой:

.      (1)

Здесь Ei - уровни энергии системы, k - Больцмана постоянная, Т - абсолютная температура, характеризующая среднюю энергию равновесной системы U = S (WnnEn), Из (1) видно, что при Т > 0 нижние уровни энергии более населены частицами, чем верхние. Если система под влиянием внешних воздействий переходит в неравновесное состояние, характеризующееся большей населённостью верхних уровней по сравнению с нижними, то формально можно воспользоваться формулой (1), положив в ней Т < 0. Однако понятие Отрицательная температура применимо только к квантовым системам, обладающим конечным числом уровней, так как для создания Отрицательная температура для пары уровней необходимо затратить определённую энергию.

  В термодинамике абсолютная температура Т определяется через обратную величину 1/Т, равную производной энтропии S по средней энергии системы при постоянстве остальных параметров х:

.  (2)

Из (2) следует, что Отрицательная температура означает убывание энтропии с ростом средней энергии. Однако Отрицательная температура вводится для описания неравновесных состояний, к которым применение законов равновесной термодинамики носит условный характер.

  Пример системы с Отрицательная температура- система ядерных спинов в кристалле, находящемся в магнитном поле, очень слабо взаимодействующих с тепловыми колебаниями кристаллической решётки, то есть практически изолированной от теплового движения. Время установления теплового равновесия спинов с решёткой измеряется десятками минут. В течение этого времени система ядерных спинов может находиться в состоянии с Отрицательная температура, в которое она перешла под внешним воздействием.

  В более узком смысле Отрицательная температура- характеристика степени инверсии населённостей двух выбранных уровней энергии квантовой системы. В случае термодинамического равновесия населённости N1 и N2 уровней E1 и E2 (E1 < E2), т. е. средние числа частиц в этих состояниях связаны формулой Больцмана:

,  (3)

где Т - абсолютная температура вещества. Из (3) следует, что N2 < N1. Если нарушить равновесие системы, например воздействовать на систему монохроматическим электромагнитным излучением, частота которого близка к частоте перехода между уровнями: w21 = (E2 - E1)/ и отличается от частот других переходов, то можно получить состояние, при котором населённость верхнего уровня выше нижнего N2 > N1. Если условно применить формулу Больцмана к случаю такого неравновесного состояния, то по отношению к паре энергетических уровней E1 и E2 можно ввести Отрицательная температура по формуле:

. (4)

Несмотря на формальный характер этого определения, оно оказывается в ряде случаев удобным, например позволяет описывать флуктуации в равновесных и неравновесных системах с Отрицательная температура аналогичными формулами. Понятием Отрицательная температура пользуются в квантовой электронике для удобства описания процессов усиления и генерации в средах с инверсией населённости.

 

  Лит.: см. при статьях Квантовая электроника, Квантовый усилитель.

  Д. Н. Зубарев.

В Большой Советской Энциклопедии рядом со словом "Отрицательная температура"

Отрицания отрицания закон | Буква "О" | В начало | Буквосочетание "ОТ" | Отрицательное сопротивление


Статья про слово "Отрицательная температура" в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 4383 раз


Интересное