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文档简介

1 一 获得超低温的有效方法 本节讨论的系统是在匀强磁场作用下 介质被均匀磁化的各向同性顺磁介质 体积为V的磁介质磁化 外界作的元功为 A 0Hd VM 0Hdm 式中右边第二项是外界为使整个磁介质产生磁化强度所作的功 所以 17 8热力学第三定律 VHdB V 0HdH V 0HdM 2 将 A与膨胀功pdV比较 可作代换 0H p m V 热力学基本方程可以表示为 dU TdS 0Hdm 仿照Cp引入CH 为磁场不变时磁介质系统的热容 顺磁介质 其磁化率遵从居里定律 式中C是居里常量 式中m VM 代表系统总磁矩的大小 3 各向同性的顺磁质的电磁学关系 顺磁质系统的物态方程 由上式和其他关系 得到下面公式 角标s表示绝热过程 可见 在绝热条件下减小或撤除磁场时 顺磁介质系统的温度相应地下降 这种降温的方法称为绝热去磁法 4 二 热力学第三定律 thirdlawofthermodynamics 能斯特定理凝聚系统的熵在等温过程中的改变 随着绝对零度的趋近而趋于零 即 绝对零度不能到达原理不可能通过有限次的手续使一个物体的温度降到绝对零度 能斯特定理和绝对零度不能到达原理是热力学第三定律的两种表述 下面从能斯特定理导出绝对零度不能到达原理 5 能斯特定理S T 0 y1 S T 0 y2 取T和y 如磁场强度 为两个独立态参量 则 画出S T曲线 两条曲线的交点处于坐标原点 绝对熵以绝对零度时的熵值为零作为熵常量的基准点 算得的熵 系统从初态A出发 在等温下加磁场Hi 到状态B绝热去磁 熵不变 温度降至T2 到状态C后重复等温加磁和绝热去磁过程 系统的温度将逐渐下降至T3 T4等等 系统的温度逐渐接近绝对零度 1 定性说明 6 假如能斯特定理不成立 即 S 0 H S 0 H 0 上述两条曲线不相交于纵轴的一点上 如图所示 在这种情况下 经过有限次等温加磁和绝热去磁就可以使系统达到绝对零度 假如能斯特定理不成立 绝对零度不能到达原理也就不正确了 7 2 理论论证 以绝对零度为参考态将状态B的熵表示为 状态C的熵表示为 在可逆绝热过程中 系统的熵不变 所以 即 8 根据能斯特定理 上式写为 只要T1大于零 T2就不可能等于零 即绝对零度不能到达 由绝对零度不能到达原理 推出能斯特定理 假定前一原理成立 后一定理不成立 即S 0 0 S 0 Hi 9 得 上式要成立 必定有T2 0 这表示 从状态B到状态C的这一绝热去磁过程使物质系统降至绝对零度 显然这个结论与前提相矛盾 所以只要绝对
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