Адиабатические процессы

Физика > Адиабатические процессы

 

Изучите адиабатические процессы в третьем законе термодинамики. Читайте определения абсолютного ноля, адиабатическое размагничивание, формула и диаграмма.

Нельзя понизить температуру системы до нуля в конечном числе операций.

Задача обучения

• Рассмотреть изоэнтропический процесс с позиции адиабатической демангизации.

Основные пункты

• При Т = 0 не возникает разницы в энтропии. Чтобы достичь Т = 0, необходимо выполнить бесконечное количество шагов в термодинамическом процессе охлаждения.
• В период охлаждения адиабатического размагничивания энергия транспортируется от тепловой энтропии к магнитной.
• Невозможность достигнуть Т = 0 выплывает из третьего закона.

Термины

• Абсолютный ноль – максимально низкая температура: ноль по Кельвину, -273.15°C и -459.67 °F.
• Размагничивание – процесс устранения магнитного поля из объекта.
• Изоэнтропический – обладание постоянной энтропией.

Абсолютный ноль?

Третий закон термодинамики говорит о том, что энтропия идеального кристалла в условиях абсолютного нуля приравнивается к нулю. Здесь же мы находим объяснение, почему Т = 0 нельзя достигнуть. Допустим, температурный показатель вещества можно снизить в изоэнтропическом процессе, если изменить параметр Х от Х₂ к Х₁. Давайте рассмотрим многоступенчатую установку адиабатического намагничивания-размагничивания, где магнитное поле проходит через контролируемые включение и выключение.

Допустим, что при Т = 0 разности энтропии можно достичь при конечном числе шагов. Но третий закон ясно убеждает, что при Т = 0 не может быть такой разницы, поэтому мы нуждаемся в бесконечном числе шагов.

Температурно-энтропийная диаграмма. Горизонтальные линии отображают изоэнтропические процессы, а вертикальные – изотермические. Слева: абсолютный ноль при конечном числе шагов, если S (T = 0,X₁) ≠ S (T = 0,X₂). Справа: требуется бесконечное количество шагов, так как S (0,X₁) = S (0,X₂)

Адиабатическое размагничивание

Для адиабатического выравнивания магнитных моментов частиц в газе используют мощное магнитное поле. Оно уменьшается, а тепловая энергия приводит к тому, что магнитные моменты становятся случайными.

На втором этапе тепловую энергию используют для создания беспорядков в магнитных моментах. Поэтому газовая температура падает.

---