Термодинамика и статистическая физика. Розман Г.А. - 63 стр.

                                                                        63
новесных процессов во второй части курса, в статистической физике.


              Абсолютные отрицательные температуры

     Построенная нами термодинамика основана на предположении,
что абсолютная температура может быть только положительной. Та-
кую температурную шкалу предложил В Томсон в середине ХIХ века.
Однако, первоначально (1848г) им же была введена температурная фун-
кция вида (-1/Т), которая позволяла анализировать состояния вблизи
Т=0, так как они соответствовали температуре (− ∞ ) , в то время как
бесконечная (гипотетическая) положительная температура – нулю, от-
рицательным температурам сопоставлялась положительная. Функция
(-1/Т) и сейчас используется при анализе свойств термодинамических
систем в области 0К.
      Таким образом, идея использования отрицательных температур не
нова. Вторично она была возрождена в середине ХХ века в связи с откры-
тием квантовых систем, наивысшее энергетическое состояние которых
описывается не положительной, а отрицательной абсолютной температу-
рой. При этом состояния с отрицательной температурой достигаются не
отнятием энергии у системы, а сообщением ей энергии больше той, кото-
рая соответствует бесконечной положительной температуре.
      Дадим наглядную иллюстрацию введения абсолютных отрицательных
температур, сопоставив их числовой оси (Рис.5). Числовую ось на горизон-
тальной линии можно спроектировать на числовую окружность. Бесконеч-
но удаленной точке на числовой оси соответствует самая верхняя точка ок-
ружности. Обходя окружность против часовой стрелки, получим в проек-
                                       ции всю числовую ось. Таким об-
                                       разом, при отрицательной темпе-
                                       ратуре система обладает не мень-
                                       шей энергией, чем при +0К, а боль-
                                       шей, чем при бесконечной темпе-
                                        ратуре (± ∞ ) . Образно говоря, со-
                                        стояния с отрицательными абсо-
                                        лютными температурами находят-
                                        ся не ниже 0К, а выше (+ ∞ ) .
                                              Рассмотрим систему, энерге-
                                        тические состояния которой мож-
            Рис. 5.