热力学第三定律

热力学第三定律 伊犁师范学院物理科学与技术学院 2014届本科毕业 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 (设计) 论文 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目 : 绝对零度下气体热力学性质的研究 作者姓名 : 严冬 班级 : 10-2班 专业 : 物理学 学号 : 2010070201032 指导教师 : 付清荣 完成时间 : 2014年 月 日 物理科学与技术学院 二〇一四年五月三十一日 绝对零度下气体热力学性质的研究 内容摘要 本文先介绍热力学三定律的内容,了解热力学第三定律的两种表述。就绝对零度 下研究了玻色统计与费米统计,主要讨论的气体有,光子气体,玻色—爱因斯坦凝聚, 金属气体。通过对这些内容的讨论,得出绝对零度下,各种气体的性质以及对这些气 体性质的应用。着重介绍了玻色—爱因斯坦凝聚,强调了它在物理科研的应用及对其 应用的开发,本文主要用热力学统计的计算来展开讨论。 关键字: 绝对零度 玻色—爱因斯坦凝聚 金属气体 热力学第三定律 Absolute zero under the various properties of gases Content in this paper This article first introduced the content of the third law of thermodynamics, two understand the third law of thermodynamics.Is absolute zero studied bose and Fermi statistics, statistical gas are discussed are:the photon gas, bose - Einstein condensation, metal gas.Through the discussion of the content, it is concluded that absolute zero, the various properties of the gas and the application of the gas properties.Introduces the bose - Einstein condensation, emphasizes the applications of it in physics research and development of its application, this paper mainly to discuss with statistical thermodynamics calculation. Key words: Absolute zero Bose - Einstein condensation Metal gas properties The third law regulations, construction scaffolding is safe and reliable, and climbing ladders, lifting Commander 1 established, full-time safety officer 1, responsible for checking the safety guarantee measures, echoed up and down, prevent accidents. 12) traffic pavement in accordance with requirements of the transport sector, and separated by closed isolation barrier, construction and non-construction with barrier isolation. 13) volunteer fire organizations, employees conducting fire prevention publicity and education of the knowledge, skills, and organizational implementation of fire-fighting and emergency evacuation plans and walkthroughs. 8.4.5 specific construction program for safety technology according to the Hebei provincial construction safety inspection rules for the implementation of requirements of the standard, a separate specific construction program for the following 1) scaffold erection, dismantling programme; 2) Foundation support schemes; 3) construction project of template engineering; 4) "three treasures", "four" protection scheme; 5) construction organization design of temporary power supply; 6) installation, demolition of a tower crane programme; 7) lifting operation plan. 8.5 8.5.1 environmental management goals of environmental protection, civilization construction without major environmental pollution accident, waste gas, waste water, noise, dust, solid of thermodynamics 目 录 1、热力学第三定律 ............................................. 错误，未定义书签。 1.1 导言 ........................................................ 错误，未定义书签。 1.2热力学第一定律和第二定律 .................................................... 1 1.3热力学第三定律 ....................................................................... 2 1.4热力学第三定律的两种表述 .................................................... 3 2、玻色统计与费米统计 ..................................................................... 4 2.1玻色分布与费米分布 ............................................................... 4 2.2玻色统计与费米统计 ............................................................... 5 3、玻色气体 ........................................................................................ 7 3.1光子气体 .................................................................................. 7 3.2玻色—爱因斯坦凝聚 ............................................................... 9 4、费米气体 ........................................................ 错误，未定义书签。 4.1金属中的自由电子气体 ............................ 错误，未定义书签。 4.2零点能 ...................................................... 错误，未定义书签。 4.3零点压强 ................................................................................ 19 4.4绝对零度时的熵 ....................................... 错误，未定义书签。 4.5经典极限下理想费米气体和理想玻色气体的差异 ................ 20 5、工作总结和展望 ........................................................................... 21 5.1研究热力学气体的性质 .......................................................... 21 5.2展望未来 ................................................................................ 22 regulations, construction scaffolding is safe and reliable, and climbing ladders, lifting Commander 1 established, full-time safety officer 1, responsible for checking the safety guarantee measures, echoed up and down, prevent accidents. 12) traffic pavement in accordance with requirements of the transport sector, and separated by closed isolation barrier, construction and non-construction with barrier isolation. 13) volunteer fire organizations, employees conducting fire prevention publicity and education of the knowledge, skills, and organizational implementation of fire-fighting and emergency evacuation plans and walkthroughs. 8.4.5 specific construction program for safety technology according to the Hebei provincial construction safety inspection rules for the implementation of requirements of the standard, a separate specific construction program for the following 1) scaffold erection, dismantling programme; 2) Foundation support schemes; 3) construction project of template engineering; 4) "three treasures", "four" protection scheme; 5) construction organization design of temporary power supply; 6) installation, demolition of a tower crane programme; 7) lifting operation plan. 8.5 8.5.1 environmental management goals of environmental protection, civilization construction without major environmental pollution accident, waste gas, waste water, noise, dust, solid 参 考 文 献 .......................................................................................... 23 致 谢 ................................................................................................... 24 1热力学第三定律 1.1导言 我们在日常生活中接触的宏观物体是由大量微观粒子(分子或其它粒子)构成的。这些微观粒子不停地进行着无规则的运动。人们把这大量微观粒子的无规则运动称作物质的热运动。热力学是热运动的宏观理论。通过对热现象的的观测、实验和 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，人们总结出热现象的基本规律。这就是热力学第一定律、第二定律和第三定律。这几个基本规律是无数经验的总结，适用于一切宏观物质系统。 1.2热力学第一定律和第二定律 是热力学第一定律的数学表达式。它的物理意义是，系统在终U,U,W，QBA U,UBA态B和初态A的内能之差等于在过程中外界对系统所作的功与系统从外界吸收的热量之和。这就是说，在过程中通过作功和热传递两种方式所传递的能量，都转化为系统的内能。 热力学第一定律就是能量守恒定律。自从焦耳以无可辩驳的精辟的实验结果证明机械能、电能、内能之间的转化满足守恒关系之后，人们就公认能量守恒定律是自然界的一个普遍规律，适用于一切形式的能量。能量守恒定律的表述是:自然界一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，可以从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递到另一个物体，在传递与转化过程中能量的数量不变。热力学第一定律因此还有另一个种表述:第一类永动机是不可能造成的。 在热力学第一定律被发现之后，克劳修斯和开尔文分别审查了卡诺的工作，指出要证明卡诺定理需要一个新的原理，从而发现了热力学第二定律。他们提出的热力学第二定律的表述分别如下: 克氏表述:不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它的变化。 开氏表达:不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不引起其它变化。 热力学第二定律的开氏说法也可以表示为:第二类永动机是不可能造成的。 所谓第二类永动机是指能够从单一热源吸热，使之完全变成有用的功而不产生其regulations, construction scaffolding is safe and reliable, and climbing ladders, lifting Commander 1 established, full-time safety officer 1, responsible for checking the safety guarantee measures, echoed up and down, prevent accidents. 12) traffic pavement in accordance with requirements of the transport sector, and separated by closed isolation barrier, construction and non-construction with barrier isolation. 13) volunteer fire organizations, employees conducting fire prevention publicity and education of the knowledge, skills, and organizational implementation of fire-fighting and emergency evacuation plans and walkthroughs. 8.4.5 specific construction program for safety technology according to the Hebei provincial construction safety inspection rules for the implementation of requirements of the standard, a separate specific construction program for the following 1) scaffold erection, dismantling programme; 2) Foundation support schemes; 3) construction project of template engineering; 4) "three treasures", "four" protection scheme; 5) construction organization design of temporary power supply; 6) installation, demolition of a tower crane programme; 7) lifting operation plan. 8.5 8.5.1 environmental management goals of environmental protection, civilization construction without major environmental pollution accident, waste gas, waste water, noise, dust, solid 伊犁师范学院物理科学与技术学院2014届物理学专业毕业论文 它影响的机器。这种永动机不是热力学第一定律所否定的永动机，它并不违背热力学第一定律，所作的功是由热量转化而来。这种机器可以利用大气或海洋作为单一热源，从那里不断吸收热量而作功，而这种热量实际上用之不尽的，因而称为第二类永动机。热力学第二定律指出，企图通过这种方式利用自然界的内能使不可能的。热力学第二定律的两个表述是等效的。 1.3热力学第三定律 热力学第三定律是对熵的论述，一般当封闭系统达到稳定平衡时，熵应该为最大值，在任何过程中，熵总是增加，但理想气体如果是等温可逆过程熵的变化为零，可是理想气体实际并不存在，所以现实物质中，即使是等温可逆过程，系统的熵也在增加，不过增加的少。 在绝对零度，任何完美晶体的熵为零;称为热力学第三定律。 对化学工作者来说，以普朗克(M.Planck,1858-1947,德)表述最为适用。热力学第三定律可表述为“在热力学温度零度(即T=0开)时，一切完美晶体的熵值等于零。”所谓“完美晶体”是指没有任何缺陷的规则晶体。据此，利用量热数据，就可计算出任意物质在各种状态(物态、温度、压力)的熵值。这样定出的纯物质的熵值称为量热熵或第三定律熵。 热力学第三定律认为，当系统趋近于绝对温度零度时，系统等温可逆过程的熵变化趋近于零。第三定律只能应用于稳定平衡状态，因此也不能将物质看做是理想气体。绝对零度不可达到这个结论称做热力学第三定律。 是否存在降低温度的极限,1702年，法国物理学家阿蒙顿已经提到了“绝对零度”的概念。他从空气受热时体积和压强都随温度的增加而增加设想在某个温度下空气的压力将等于零。根据他的计算，这个温度即后来提出的摄氏温标约为-239?C，后来，兰伯特更精确地重复了阿蒙顿实验，计算出这个温度为-270.3?C。他说，在这个“绝对的冷”的情况下，空气将紧密地挤在一起。他们的这个看法没有得到人们的重视。直到盖-吕萨克定律提出之后，存在绝对零度的思想才得到物理学界的普遍承认。 1848年，英国物理学家汤姆逊在确立热力温标时，重新提出了绝对零度是温度的下限。 1906年，德国物理学家能斯特在研究低温条件下物质的变化时，把热力学的原 1 理应用到低温现象和化学反应过程中，发现了一个新的规律，这个规律被表述为:“当绝对温度趋于零时，凝聚系(固体和液体)的熵(即热量被温度除的商)在等温过程中的改变趋于零。”德国著名物理学家普朗克把这一定律改述为:“当绝对温度趋于零时，固体和液体的熵也趋于零。”这就消除了熵常数取值的任意性。1912年，能斯特又将这一规律表述为绝对零度不可能达到原理:“不可能使一个物体冷却到绝对温度的零度。”这就是热力学第三定律。 1940 年R.H.否勒和 E.A.古根海姆还提出热力学第三定律的另一种表述形式:任何系统都不能通过有限的步骤使自身温度降低到0K，称为0K不能达到原理。此原理和前面所述及的热力学第三定律的几种表述是相互有联系的。但在化学热力学中，多采用前面的表述形式。 1.4热力学第三定律的两种表述 1906年,Nernst在T.W.Richarsd研究低温下电池反应的基础之上提出了，即Nernst热定理。由Nernst热定理我们可以从理论上证明绝对零度不可达到。此外，我们还可以得出:当温度无限趋近绝对零度时，体系的熵值不变。但Nernst并未给出当T=0K时体系的熵值。 1912年，Plank根据熵是一状态函数的性质发展了 Nernst的说法，提出了如下 lim,S,0假定:假定0K时，纯凝聚态的熵值等于零，即 T,0K 1912年能斯特根据他的定理推理出一个原理，名为绝对零度不能达到原理。这个原理如下: 不可能通过有限的步骤使一个物体冷却到绝对温度的零度。 通常认为，能氏定理和绝对零度不能达到原理是热力学第三定律的两种表述。 理论指导实践，绝对零度被提出后，许多科学家便致力于此，开始了向绝对零度的冲刺。 1877年，法国工程师Caiheted首先液化O达到了90.2K的低温。1898年，英2 国物理学家Dewer将H液化。1979年，荷兰的Onnes将He液化，得到了4.2K的低2 regulations, construction scaffolding is safe and reliable, and climbing ladders, lifting Commander 1 established, full-time safety officer 1, responsible for checking the safety guarantee measures, echoed up and down, prevent accidents. 12) traffic pavement in accordance with requirements of the transport sector, and separated by closed isolation barrier, construction and non-construction with barrier isolation. 13) volunteer fire organizations, employees conducting fire prevention publicity and education of the knowledge, skills, and organizational implementation of fire-fighting and emergency evacuation plans and walkthroughs. 8.4.5 specific construction program for safety technology according to the Hebei provincial construction safety inspection rules for the implementation of requirements of the standard, a separate specific construction program for the following 1) scaffold erection, dismantling programme; 2) Foundation support schemes; 3) construction project of template engineering; 4) "three treasures", "four" protection scheme; 5) construction organization design of temporary power supply; 6) installation, demolition of a tower crane programme; 7) lifting operation plan. 8.5 8.5.1 environmental management goals of environmental protection, civilization construction without major environmental pollution accident, waste gas, waste water, noise, dust, solid 伊犁师范学院物理科学与技术学院2014届物理学专业毕业论文 -8温。1979年，苏格兰人用级联核冷却法得到了5×10K的低温。1989年，中国和瑞 -9士的低温实验室报道已得到了10K的低温。 2玻色统计与费米统计 2.1玻色分布与费米分布 玻色系统与分布相应的微观状态数为 ,,al ,(，a,1)!ll,, (2.1.1) BE,..a!(,,1)!lll 费米系统与分布,,相应的微观状态数为 al ,!l,, (2.1.2) FD,..a!(,,a)!llll ,,F.D.B.E.为书写简便起见，将上式中的和都简记为Ω. 根据等概率原理，对于处在平衡状态的孤立系统，每一个可能的微观状态出现的 概率是相等的。因此，使Ω为极大的分布，出现的概率最大，是最概然分布。 先考虑玻色系统。对式(2.1.1)取对数，得 ,,ln,,ln(,，a,1)!,lna!,ln(,,1)!llll,l 假设a,,1，,,,1,因而,，a,1,,，a，,,1,,，且可用近似式 llllllll ln m!,m(lnm,1) 即有 (2.1.3) ,,ln,,(,，a)ln(,，a),alna,,ln,llllllll,l ,ln,,ln,,0,aa有令的变化，将因而有的变化，使Ω为极大的分布必使: ln,ll ,,,ln,,ln(,，a),lna,a,0llll,l ,a但是各不是完全独立的，必须满足条件: l ,N,,a,0,,E,,,a,0lll,,ll ,ln,用拉氏乘子α和β乘这两个式子，并从中减去，得 3 ,,ln(,，a),lna,,,,,,a,0lllll,l 根据拉氏乘子法原理，上式中每一个的系数都必须为零: ,al ln(,，a),lna,,,,,,0llll ,la,即 (2.1.4) l,，,,le,1 式(2.1.4)给出玻色系统中粒子的最概然分布，称为玻色-爱因斯坦分布简称玻色分布，拉氏乘子α和β由条件即下式确定: a,N,,a,E,,lllll ,,,lll (2.1.5) ,,N,E,,,，,,,，,,ll11e,e,ll 现在推导费米系统的最概然分布。将(2.1.2)式取对数，得 ln,,,,ln,!,lna!,ln(,,a)!llll,l 假设，上式可近似为 ,,a,,1a,,1，w,,1,llll (2.1.6) ,,ln,,,ln,,alna,(,,a)ln(,,a)llllllll,l 根据上式的，用类似于推导玻色分布的方法，可得费米系统中粒子的最概然分布ln, ,la,为 (2.1.7) l,，,,le，1 式(2.1.7)称为费米-狄拉克分布简称费米分布，拉氏乘子α和β由式 即下式确定: a,N,,a,E,,lllll ,,,lll, (2.1.8) ,N,E,,,，,,,，,,ll11e，e，ll 2.2玻色统计和费米统计 首先考虑玻色系统。如前所述，把α、β和y看作已知参量，系统的平均总粒子数由下式给出: —,lN,a, (2.2.1) ,,l,，,,le,1ll regulations, construction scaffolding is safe and reliable, and climbing ladders, lifting Commander 1 established, full-time safety officer 1, responsible for checking the safety guarantee measures, echoed up and down, prevent accidents. 12) traffic pavement in accordance with requirements of the transport sector, and separated by closed isolation barrier, construction and non-construction with barrier isolation. 13) volunteer fire organizations, employees conducting fire prevention publicity and education of the knowledge, skills, and organizational implementation of fire-fighting and emergency evacuation plans and walkthroughs. 8.4.5 specific construction program for safety technology according to the Hebei provincial construction safety inspection rules for the implementation of requirements of the standard, a separate specific construction program for the following 1) scaffold erection, dismantling programme; 2) Foundation support schemes; 3) construction project of template engineering; 4) "three treasures", "four" protection scheme; 5) construction organization design of temporary power supply; 6) installation, demolition of a tower crane programme; 7) lifting operation plan. 8.5 8.5.1 environmental management goals of environmental protection, civilization construction without major environmental pollution accident, waste gas, waste water, noise, dust, solid 伊犁师范学院物理科学与技术学院2014届物理学专业毕业论文 引入一个函数，名为巨配分函数，其定义为 ,wl,,,,,l (2.2.2) ,,,,,,1,e,,lll ,,,,,l取对数得 (2.2.3) ln,,,,ln(1,e)l,l — Nln,系统的平均总粒子数可通过表为 —,N,,ln, ,, (2.2.4) 内能是系统中粒子无规则运动总能量的统计平均值: ,,ll (2.2.5) U,a,,,,ll,，,,le,1ll ,ln,类似地可将U通过表为 (2.2.6) U,,ln,,, ,,l的统计平均值: 外界对系统的广义作用力Y是,y ,,,,,lll Y,a,,,l,，,,l,y,ye,1ll ln,可将Y通过表为 1, Y,,ln, ,,y (2.2.7) 1,p,ln, (2.2.8) ,,V 由式(2.2.4),(2.2.7)得 —,,,,,,,lnlnln,,,(dU,Ydy，dN),,d，dy,d()() ,,,,y,, ln,注意上面引入的是α、β、y的函数，其全微分为 ,ln,,ln,,ln,,dln,,d，，dy ,,,,,y 5 —,,,故有,,, (dU,Ydy，dN),d(ln,,ln,,ln,),,,,, __,上式指出β是的积分因子。对于开系有积分因子dU,Ydy,,dNdU,Ydy，dN, 1，使 T _1 (dU,Ydy,,dN),dST 1,,,,,比较可知 (2.2.9) ,,kTkT ,,,,dS,kd(ln,,ln,,ln,),,,,所以 (2.2.10) — ,k(ln,，,N，,U) 将式(2.2.3)代入式(2.2.10)得 S,kln, (2.2.11) 对于费米系统，只要将巨配分函数改为 ,l,,,,,l,,,,,,1，e (2.2.12) ,,lll ,,,,,l其对数为 (2.2.13) ln,,,ln(1，e)l,l 前面得到的热力学量的统计表达式完全适用。 3玻色气体 3.1光子气体 光子是玻色子，达到平衡后遵从玻色分布。光子气体的统计分布为 ,la, (3.1.1) l,,le,1 ,,,,,,,0因为意味着平衡状态下光子气体的化学势为零。 kT 光子的自旋量子数为1。自旋在动量方向的投影可取两个可能值，相当于左、,, 右圆偏振。根据在体积V内，动量大小在p到p+dp的范围内，自由粒子可能的状态regulations, construction scaffolding is safe and reliable, and climbing ladders, lifting Commander 1 established, full-time safety officer 1, responsible for checking the safety guarantee measures, echoed up and down, prevent accidents. 12) traffic pavement in accordance with requirements of the transport sector, and separated by closed isolation barrier, construction and non-construction with barrier isolation. 13) volunteer fire organizations, employees conducting fire prevention publicity and education of the knowledge, skills, and organizational implementation of fire-fighting and emergency evacuation plans and walkthroughs. 8.4.5 specific construction program for safety technology according to the Hebei provincial construction safety inspection rules for the implementation of requirements of the standard, a separate specific construction program for the following 1) scaffold erection, dismantling programme; 2) Foundation support schemes; 3) construction project of template engineering; 4) "three treasures", "four" protection scheme; 5) construction organization design of temporary power supply; 6) installation, demolition of a tower crane programme; 7) lifting operation plan. 8.5 8.5.1 environmental management goals of environmental protection, civilization construction without major environmental pollution accident, waste gas, waste water, noise, dust, solid 伊犁师范学院物理科学与技术学院2014届物理学专业毕业论文 4,V2数为，并考虑到光子自旋有两个投影，可知在体积为V的空窖内，在p到pdp3h 8,V2p+dp的动量范围内，光子的量子态数为将式pdp3h,, 代入上式可得，在体积为V的空窖内，在p,,k，,,,,，,,ck,,,,cp ,到,，d,的圆频率范围内， V2光子的量子态数为,d, (3.1.2) 23c, 2Vd,,平均光子数为 (3.1.3) 23,,/kTce,1, 3,V,(,),辐射场的内能则为 (3.1.4) U,Td,d,23,,/kT,1ce, 现在根据2.2节得到的热力学量的统计表达式推求光子气体的热力学函数。对于 光子气体，巨配分函数的对数为 ,,,,,l,ln,,,ln(1,e),ll ,V2,,,,,,,ln(1,e)d,23,0c, ,,引入变量,可将上式表为 ,xkT ,V12x, (3.1.5) ln,,,xln(1,e)dx233,0,(,,)c 应用分部积分方法: 33,,,，，x1xdx,2x-xxln(1,e)dx,ln(1,e), (3.1.6) ,,x,,00033e,1，， 上式右方第一项为零，因此 3,V1xdxln,, 233x,03,c(,,)e,1 将积分求出，得 2,V1ln,, (3.1.7) 3345c(,,) 求得巨配分函数的对数后，根据式(2.2.6)、式(2.2.8)和式(2.2.10)即可求出 7 光子气体的内能为 24kV,,4 (3.1.8) UlnT,,,,33,15c,, 光子气体的压强为 241k,,4 (3.1.9) plnT,,,33V,45c,, 1Up,比较以上两式，有 (3.1.10) 3V 光子气体的熵为 ，，,,,lnlnlnS,k,,,,k,，U,,,,,,，， (3.1.11) 244kV,3,TV3345,c T,0T,0T,0光子气体的内能随而趋于零，压强随而趋于零，熵随而趋于零，符合热力学第三定律的要求。 3.2玻色—爱因斯坦凝聚 3.2.1玻色-爱因斯坦凝聚的形成条件 当今原子物理学中最具活力的研究领域之一是全量子气体。原子的量子气体是指原子气体冷却至不能由麦克斯韦--玻耳兹曼统计来描述。相反,无论是玻色-爱因斯坦统计(原子是玻色子)还是费米-狄拉克统计(原子是费米子)都可以描述原子气体。这意味着,通过原子气体的冷却其温度非常接近绝对零度,这完全是一个全新领域的开启。在这个领域里量子物理规则和原子物质波都变的可见。1924年Louis de Broglies h,,，h推测,物质有波动性且波长为是普朗克常数,P为物质的动量。如果计算dbp 一个热运动速度较大原子的波长时它将是非常小的且相关的波包也是非常小的。但是 ,当气温下降时这个波长变得越来越大,当温度几乎接近绝对零度时,将变得可以与db原子间的平均距离相类比。当所有不同玻色子的原子波变得难以区分时原子将开始重叠进而形成玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC) 。此时所有原子的量子相位在同一量子态且连贯地共享同一宏观波函数。 regulations, construction scaffolding is safe and reliable, and climbing ladders, lifting Commander 1 established, full-time safety officer 1, responsible for checking the safety guarantee measures, echoed up and down, prevent accidents. 12) traffic pavement in accordance with requirements of the transport sector, and separated by closed isolation barrier, construction and non-construction with barrier isolation. 13) volunteer fire organizations, employees conducting fire prevention publicity and education of the knowledge, skills, and organizational implementation of fire-fighting and emergency evacuation plans and walkthroughs. 8.4.5 specific construction program for safety technology according to the Hebei provincial construction safety inspection rules for the implementation of requirements of the standard, a separate specific construction program for the following 1) scaffold erection, dismantling programme; 2) Foundation support schemes; 3) construction project of template engineering; 4) "three treasures", "four" protection scheme; 5) construction organization design of temporary power supply; 6) installation, demolition of a tower crane programme; 7) lifting operation plan. 8.5 8.5.1 environmental management goals of environmental protection, civilization construction without major environmental pollution accident, waste gas, waste water, noise, dust, solid 伊犁师范学院物理科学与技术学院2014届物理学专业毕业论文 3 获得BEC的条件与相空间密度(体积中的原子数)有关: ,dB 232,,32 n,n(),1,dBmkTB 1222,,式中是是德布罗意波长,n是原子的密度,m是原子质量,k,是玻,(),dBmkTB 尔兹曼常数,T是温度。当相空间密度值大于临界值时原子波包团将部分重叠且大部分原子将形成一个BEC。如果我们忽略温度的影响那么我们得到临界温度;条件下TcBEC为: 222,,3 ,TncmkB 对于平衡态时温度为T的理想玻色系统的分布函数为: —11,,n (3.2.1) s,，,,(,,,)/kTsse,1e,1 在绝对零度下粒子将尽可能占据能量最低的状态。对于玻色粒子，1个量子态所能容纳的粒子数目不受限制，因此绝对零度下玻色粒子将全部处在ε=0的最低能级。由于处在任一能级的粒子数都不能取负值，由(3.2.1)式，对玻色系统要求μ<0。玻色系统的化学势随温度的降低而升高(绝对值减小)，当温度降到某一临界温度T时，c 3μ将趋于0。爱因斯坦于1925年在理论上首先预言:当理想玻色气体的n等于或,大于2.612的临界值时将出现独特的玻色-爱因斯坦凝聚现象。温度降到Tμ(0)的各个量子态上去，也就是说这种占据方式是稳定的。因此在T=0K时，电子气体的微观状态数Ω=1，由统计力学玻耳兹曼关系S=KLnΩ，可得熵S=0，这与热力学第三定律一致。熵等于零表明了电子气体在绝对零度时处于一种完全有序的状态。 4.5经典极限下理想费米气体和理想玻色气体的差异 当经典极限条件 ,3e,,1或n,,,1 (4.5.1) —11n,,成立时，由。对两种系统均有: s,，,,(,,,)/kTsse,1e,1 _,,,,,sn,e (4.5.2) s 表明两种气体的统计规律均过渡到麦克斯韦-玻尔兹曼统计规律。这时两系统的内能和物态方程将分别为 3U,NkT (4.5.3) 2 NkT (4.5.4) P,V — n,,1这正是用玻尔兹曼统计的结果。当经典极限条件成立时，，则有 s 2——————— ,(1,n)ln(1,n),,(1,n)，(,n),,(n，n),,n sssssss 理想玻色气体系统的熵表示为 ————，，,,,，， (4.5.5) Sknlnn(1n)ln(1n)BE,,ssss,,，，s 由(4.5.5)式可得: 19 ———,, (4.5.6) S,S,S,,knlnn,n,,FDBEMB,sss,,,,,s SM,B式中为满足玻尔兹曼分布的非定域系统的熵的统计表达式。 由以上的讨论可以看出，由于自旋差异这一原则差别导致这两种气体在低温时的巨大差异:理想费米气体在绝对零度下具有很高的平均能量、动量，并产生很大的压强;理想玻色气体在绝对零度下粒子全部处于能量、动量为零的状态且压强为零。但在高温与低密度下经典极限条件成立时，这些差别都将消失，两种系统均遵从麦克斯韦—玻尔兹曼统计规律。 5工作总结和展望 5.1研究热力学气体性质的意义 低温下物质表现出的性质，首先我们可以想到的是“超导现象”。根据经典理论，纯金属的电阻应随温度的降低而逐渐降低，在绝对零度时达到零。这些 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 在低温下“进入了一种新的状态，这种状态具有特殊的电学性质”。这就是超导的来源。在通往绝对零度的道路上，科学家发现了许多经典物理学无法解释的现象，如超导电性,超流动性等。在这样的非常温度下，物质呈现的既液体状态，也不是固体状态，更不是气体状态，而是聚集成唯一的“超原子”，它表现为一个单一的实体。 绝对零度虽然不能达到， 但这并不阻挡人类向绝对零度挺进的脚步。绝对熵值虽无法测得，但规定熵的应用对热力学的发展有很大帮助。我们相信:随着科学技术的发展，绝对熵值终会被人类精确地测定出来。 理想费米气体在绝对零度下具有很高的平均能量、动量,并产生很大的压强;理想玻色气体在绝对零度下粒子全部处于能量、动量为零的状态且压强为零。本文对绝对零度下各种气体的性质研究，玻色体系一个最显著的特征就是它在低温情况下能够发生宏观集聚现象，即玻色—爱因斯坦凝聚。光子作为一种玻色子，原则上也应该存在这种类型的凝聚。但是,对于我们通常所接触的光子系统而言,由于系统的化学势通常恒为零,所以系统光子数无法守恒,这也直接导致在低温情况下光子的凝聚无法实现。因此,对于光子等能量子来说,它们能否发生凝聚的关键就在于当温度降低时系统regulations, construction scaffolding is safe and reliable, and climbing ladders, lifting Commander 1 established, full-time safety officer 1, responsible for checking the safety guarantee measures, echoed up and down, prevent accidents. 12) traffic pavement in accordance with requirements of the transport sector, and separated by closed isolation barrier, construction and non-construction with barrier isolation. 13) volunteer fire organizations, employees conducting fire prevention publicity and education of the knowledge, skills, and organizational implementation of fire-fighting and emergency evacuation plans and walkthroughs. 8.4.5 specific construction program for safety technology according to the Hebei provincial construction safety inspection rules for the implementation of requirements of the standard, a separate specific construction program for the following 1) scaffold erection, dismantling programme; 2) Foundation support schemes; 3) construction project of template engineering; 4) "three treasures", "four" protection scheme; 5) construction organization design of temporary power supply; 6) installation, demolition of a tower crane programme; 7) lifting operation plan. 8.5 8.5.1 environmental management goals of environmental protection, civilization construction without major environmental pollution accident, waste gas, waste water, noise, dust, solid 伊犁师范学院物理科学与技术学院2014届物理学专业毕业论文 总粒子数能否守恒。 5.2展望未来 玻色—爱因斯坦凝聚是物理学领域中一种薪新的物质形态，在未来物理学领域的研究工作中占据着重要的位置。玻色—爱因斯坦凝聚体所具有的奇特性和它对基础研究以及应用的重要意义，使得玻色—爱因斯坦凝聚极其相关问题的研究，已成为现代物理学的主要前沿领域之一。玻色—爱因斯坦凝聚的研究将会促使人们对物理学的一些基本问题的重新认识，并为开发其应用开创一个新纪元。不容置疑，玻色—爱因斯坦凝聚的研究将会深刻的影响着二十一世纪物理学的发展和科学技术的进步。 利用德拜理论研究固体热容量时发现:对于绝缘体，理论值与实验结果符合得很好，对于金属导体，在T>3K时，理论值也与实验结果符合，但是在T<3K时，理论值与实验结果有差异。可以预见，这个差异是由于金属中电子对热容量的贡献所引起的。通过数值估算讨论金属中电子在绝对零度的性质，从而定性分析电子对金属热容量的贡献。 21 参 考 文 献 [1] 朱志昂，近代物理化学( 上册 三年级上册必备古诗语文八年级上册教案下载人教社三年级上册数学 pdf四年级上册口算下载三年级数学教材上册pdf ).第3版.北京:科学出版社，2004. [2] 布卢克斯U.物理化学.薛宽宏译.北京:高等教育出版社，1938. [3] 胡英，吕瑞东，刘国杰，等.物理化学.北京:高等教育出版社，1999. [4] 赵凯华.热学[M].北京:高等教育出版社，1998. [5] 张三慧.热学[M].北京:高等教育出版社，1999. [6] Kerr H.W.Kurz W.Solidification of peritectic alloys[J].1996. [7] 黄淑清，申先甲.热学[M].北京:高等教育出版社，1994. [8] 漆安慎.普通物理学教程 力学.北京:高等教育出版社，2005. [9] 复旦大学.物理学(电磁学).上海:上海科学技术出版社，1997. [10] 赵凯华，陈熙谋.电磁学.北京:高等教育出版社，1985. [11] 张龙.绝对零度的思考.大学化学，2008，(3). [12] 傅献彩，沈文霞.物理化学.北京:高等教育出版社，2004. [13] 祁学永，毕音峰.浅谈热力学第三定律的建立.山东教育学院院报，03(6):17. [14] K.门德尔松.绝对零度的探索.科学普及出版社，1989. [15] 褐端威，张富祥，刘日平等.一种新的快速凝固方法----快速卸压淬火[J].理学报,1998.7. regulations, construction scaffolding is safe and reliable, and climbing ladders, lifting Commander 1 established, full-time safety officer 1, responsible for checking the safety guarantee measures, echoed up and down, prevent accidents. 12) traffic pavement in accordance with requirements of the transport sector, and separated by closed isolation barrier, construction and non-construction with barrier isolation. 13) volunteer fire organizations, employees conducting fire prevention publicity and education of the knowledge, skills, and organizational implementation of fire-fighting and emergency evacuation plans and walkthroughs. 8.4.5 specific construction program for safety technology according to the Hebei provincial construction safety inspection rules for the implementation of requirements of the standard, a separate specific construction program for the following 1) scaffold erection, dismantling programme; 2) Foundation support schemes; 3) construction project of template engineering; 4) "three treasures", "four" protection scheme; 5) construction organization design of temporary power supply; 6) installation, demolition of a tower crane programme; 7) lifting operation plan. 8.5 8.5.1 environmental management goals of environmental protection, civilization construction without major environmental pollution accident, waste gas, waste water, noise, dust, solid 伊犁师范学院物理科学与技术学院2014届物理学专业毕业论文 致 谢 历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师—付清荣老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最衷心的感谢～ 感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。 感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师批评和指正～ 23