Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике д. Иззнтропические холодильные процессы (адиабатическое размагничивание).Совершенно особым методом получения низких температур, хотя и основанном также на принципе адиабатического совершения работы, является метод адиабатического размагничивания. Мы будем полагать, что «идеальное» магнитное вещество представляет собой кристалл, состоящий из атомов или ионов, каждый из которых обладает магнитным маментом, причем этот момент может изменять свою ориентацию в пространстве. Если мы поляризуем магнитное вещество без подачи или отвода тепла, то совершаемая при этом внешняя работа равна, согласно первому закону термодинамики, увеличению энергии вещества. Поскольку средняя потенциальная энергия ионов кристалла друг относительно друга не изменяется, энергия теплового, движения, а следовательно, и температура должны увеличиваться при адиабатическом намагничивании вещества. Наоборот, если размагничивать вещество без подвода тепла, то его температура будет понижаться. Такой процесс можно осуществить, просто выключая поле или удаляя вещество из поля. Последний способ был предложен независимо Дебаем и Джиоком и был использован де Хаасом и Вирсмой для получения самых низких температур, известных в настоящее время. Де Хаас и Вирсма намагничивали магнитную соль (ферроаммониевые квасцы) в поле порядка Рассчитаем теперь понижение температуры, происходящее при адиабатическом размагничивании, и покажем это на запишутся в виде
Последнее выражение позволяет рассчитать адиабатическое размагничивание. Полагая
Подставив закон Кюри-Ланжевена
Интегрируя это выражение от начального поля
Итак, чем меньше конечное поле, тем больше понижение температуры. Для высоких температур вычисленное при помопди выражения (10.16) понижение температуры мало, тогда как для низких температур оно имеет гораздо большую величину. Это объясняется прежде всего тем, что теплоемкость, которая практически равна теплоемкости колебаний решетки, при низких температурах стремится к нулю, а также тем, что одинаковой разности квадратов Когда мы изотермически намагничиваем вещество, магнитные моменты располагаются более или менее параллельно полю в зависимости от того, сильное или слабое это поле. При этом происходит отдача теплоты намагничивания, что ведет к уменьшению энтропии. Такая картина согласуется с соображениями, изложенными 3 § 9: состояние с меньшей энтропией соответствует меньшему беспорядку в ориентациях магнитных моментов ионов. Когда мы снимаем поле, начальное неупорядоченное состояние снова восстанавливается. Количество тепла, необходимое для того, чтобы магнитные ионы опять перешли в состояние с большей энтропией, извлекается из энергии тепловых колебаний решетки, так как вещество термически изолировано от окружающей среды. Поэтому температура понижается; чем меньше теплоемкость, тем больше это понижение.
Фиг. 22. На фиг. 22, а это показано количественно на Согласно статистической механике, разность между нтропией для Если, исходя из состояния 1 при Однако на фиг. 22, а мы не учли какое-то существенное обстоятельство, в силу которого; как мы покажем, абсолютный нуль не может быть достигнут. Дело в том, что при очень низких температурах существенную роль начинает играть взаимодействие магнитных ионов; под влиянием этого взаимодействия магнитные моменты ионов стремятся расположиться параллельно друг другу, подобно тому как это происходит в ферромагнитных веществах. В силу этого при очень низких температурах более или менее упорядоченное состояние, соответствующее гораздо меньшей энтропии, самопроизвольно устанавливается даже в нулевом поле. В результате линии постоянных значений Довольно резкому уменьшению энтропии при температуре Кюри соответствует очень большая теплоемкость,
Фиг. 23. Экспериментальная
|
1 |
Оглавление
|