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¿Son típicamente asociadas con presiones absolutas negativas de temperaturas negativas?

Temperaturas negativas y negativo de la presión absoluta, son posibles en los sistemas físicos. Temperaturas negativas surgen en (por ejemplo) en las poblaciones de dos sistemas de estado, que tienen una cantidad máxima de energía interna que puede contener; presión Negativa indica que un sistema en tensión y es rara en los líquidos, pero común en los sólidos.

Mi pregunta es, si voy a empezar con un sistema positivo de temperatura y de presión positiva, y la bomba de energía en él hasta que su temperatura se convierte en negativo, su presión se vuelven negativos, o continuará siendo positivo? Dado un conjunto de estadística con temperatura negativa debe ser posible definir la presión en la forma habitual, de $p/T = \partial S/ \partial V$, y mi pregunta es, realmente, acerca de si debo esperar esta cantidad a ser negativo o positivo.

Un ingenuo argumento de que sería negativo es la siguiente: supongamos que mi sistema tiene la ecuación de estado de un gas ideal ( $pV=NRT$ ), pero que tiene una capacidad de calor que varía con la $U$ de tal manera como para permitir que las temperaturas negativas. La única razón por la que estoy haciendo un extraño suposición es que yo no sé cuál es la real de la ecuación de estado debe ser - no estoy diciendo que creo que la negativa de la temperatura de los sistemas se comportan como gases. Pero si hacemos esta suposición de todos modos, a continuación, puede ver que si $T$ se convierte en negativo, a continuación, $p$ también debe ser negativo para que la ecuación de estado para llevar a cabo, ya que $N$, $R$ y $V$ todos siguen siendo positivos.

Obviamente no real, es probable que el sistema se comporta como se describe anteriormente. Reitero, no estoy sugiriendo que una población de gira en un campo magnético podría obedecer a la ecuación de los gases. Sin embargo, me gustaría saber si es verdadero sistemas típicamente se comportan de una manera cualitativamente similar manera, con la presión y la temperatura cambia de signo al mismo tiempo (y de hacerlo con la aproxima a infinito positivo y, a continuación, cambiar a infinito negativo) o si la temperatura puede cambiar de positivo a negativo, mientras que la presión permanece finita y positiva.

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Giacomo Verticale Puntos 1035

Negativo temparature tiene sentido en la mecánica estadística sólo si el Hamiltoniano asociado está delimitada desde arriba; el seguimiento de lo contrario en la definición de la función de partición no existe.

En particular, un gas que no puede tener de negativo de la temperatura ya que su Hamiltoniano contiene una energía cinética plazo, que no está delimitado desde arriba. (Edit: Ya que el impulso del operador es ilimitado, la energía cinética es ilimitado, por lo tanto, un Hamiltoniano que implican una cinética plazo es ilimitado. Así, el seguimiento de $e^{-\beta H}$ no está definido por la negativa $\beta$. Por lo tanto, la temperatura debe ser positivo. Esto es debido a una puramente matemático de la propiedad del espectro, independiente de que las energías pueden realizarse en la práctica.)

Por tanto, la pregunta acerca de su presión a temperaturas negativas (y el argumento con la ley del gas ideal) es discutible.

Negativas de la temperatura se observa en ciertos spin de los sistemas de vida en el interior de un cristal, y en los sistemas de vórtices en 2 dimensiones de los plasmas. (Esta temperatura no es la temperatura del cristal o de plasma, pero del subsistema.) Ver, por ejemplo, http://www.physics.umd.edu/courses/Phys404/Anlage_Spring11/Ramsey-1956-Thermodynamics%20and%20S.pdf

En estos sistemas, el concepto de presión no tiene mucho sentido; al menos parece que no se utiliza en este contexto. Formalmente, la presión es de curso definido. En un ejemplo sencillo, vea el Ejemplo 9.2.5 en mi libro
http://lanl.arxiv.org/abs/0810.1019
se cambia de signo con la temperatura.

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Chuck Phillips Puntos 276

Temperatura negativo es una descripción cualitativa de algunos conjuntos estadísticos. Sin embargo los conjuntos no son Estados de equilibrio térmico y no se puede acceder por un sistema de calefacción. Se puede aplicar termodinámica del equilibrio para ellos, por lo que no haré ninguna ley del gas. Entonces la respuesta es no, negativo no están relacionados con la presión y temperatura negativa y no, no podrá calentar un sistema a temperaturas negativas y no, no se aplica la ley del gas ideal.

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Herb Wilf Puntos 196

Una respuesta completa a esta pregunta se puede encontrar en el material complementario de esta reciente papel. La prueba es muy simple: $\partial S / \partial V$ tiene que ser positivo, porque si no, el sistema podría aumentar su entropía por espontáneamente la disminución de su volumen, y por lo tanto no sería estable. Desde $\partial S / \partial V=p/T$, se deduce que para que un sistema esté en equilibrio a una temperatura negativa, también debe tener una presión negativa. Este argumento requiere la suposición razonable de que el sistema está contenida dentro de una caja rígida.

Curiosamente, el documento enlazado más arriba es acerca de la realización experimental de un negativo de la temperatura del sistema mediante dinámicas grados de libertad, que en algunos aspectos no se comportan como un gas, por lo que el suposiciones extrañas en mi pregunta original no estaban tan lejos de la marca, después de todo.

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