Свойства абсолютного нуля

Можно показать, что при очень низких температурах не только энтропия и теплоемкость твердого тела стремятся к нулю и перестают зависеть от температуры, но и многие другие свойства твердых тел (объем тела, давление насыщенного пара и др.) изменяются с температурой так, что их производные по температуре стремятся к нулю. Этим объясняется принцип недостижимости абсолютного нуля, согласно которому никакие процессы не могут снизить температуру тела до абсолютного нуля. Таким образом, температура, равная [c.97]

Свойства вещества вблизи абсолютного нуля. Из третьего начала термодинамики может быть получен ряд следствий, касающихся свойств веществ вблизи абсолютного нуля. [c.187]

Подставляя это значение как величину функции энтальпии в уравнение (VII-11), получают AHf — теплоту образования газообразного нормального гексана при абсолютном нуле. Свойства графита, который представляет собой твердое тело, находятся путем интегрирования экспериментальных величин теплоемкости. [c.364]

Из тепловой теоремы Нернста вытекает следствие о свойстве энтропии вблизи абсолютного нуля. Продифференцировав выражение (Vni.2) по температуре, получим [c.186]

Очевидно, постулат Планка может иметь место лишь потому, что теплоемкости кристаллических веществ стремятся, как это установлено экспериментально, к нулю при приближении температуры к абсолютному нулю. Теплоемкость изменяется пропорционально некоторой степени температуры выше первой (для многих кристаллических веществ—пропорционально Т ). Поэтому подынтегральная функция уравнения (П1, 30) стремится к нулю быстрее, чем температура, и энтропия идеального твердого тела не только равна нулю при О К (что, строго говоря, не следует из свойств теплоемкости), но и стремится к нулю, как к пределу, [c.97]

В системе может существовать не одна, а несколько жидкостей. Многие системы содержат не только углеводороды, но и воду в жидкой фазе, так как они нерастворимы друг в друге. Они образуют отдельные жидкие фазы, имеющие различные свойства. Для системы, состоящей из паров, углеводородной жидкости и воды, р = 3 и и = 2. Подобными свойствами могут обладать и некоторые индивидуальные вещества. Например, гелий при температурах, близких к температуре абсолютного нуля, образует несколько жидких фаз, каждая из которых имеет свою характеристику. [c.26]

Из семейства кривых для А0т°=0 Т) реальной является та, которая совпадает со сплошной кривой для зависимости АНт°=Н Т) и идет совместно с ней параллельно оси абсцисс вплоть до Т=0 К. Эта закономерность отражает независимость термических свойств веществ вблизи абсолютного нуля [c.210]

Пусть тело А, обладающее свойствами идеального газа, имея начальную температуру Та, остывает в среде С, температура которой Тс < T a. Если бы температура среды была равна абсолютному нулю и оставалась таковой иа протяжении всего процесса, то тело А, остывая до температуры среды, т. е. до абсолютного нуля, сообщало бы ей всю свою внутреннюю энергию. Однако Тс> О, и тело А, в соответствии с постулатом Клаузиуса, может остывать лишь до Тс, следовательно, оно может сообщать среде лишь часть своей внутренней энергии, называемую свободная энергия — энергия Гиббса (Гельмгольца). Другая часть внутренней энергии тела А, равная теплоте нагрева этого тела от абсолютного нуля до Тс, остается при нем и не может быть использована в данном процессе. Эта часть энергии заперта в теле А, связана запретом, указанным постулатом Клаузиуса. Поэтому ее называют связанная энергия. [c.69]

Вакансии являются одним из важнейших типов дефектов в твердом теле, определяющим протекание многих процессов и многие свойства металлов. Вблизи абсолютного нуля равновесная концентрация вакансий равна нулю, так как создание вакансии приводит к повышению энергии решетки. При высоких температурах состояние определяется минимумом свободной энергии, включающей энтропию, так как вакансии могут различным образом располагаться в решетке. Энтропия растет при увеличении числа вакансий. Для определения концентрации вакансий рассмотрим изменение свободной энергии АО, вызванное появлением в грамм-атоме твердого тела г вакансий [c.275]

М. Планк (1912) постулировал, что энтропия в уравнении (Vni.21) при достижении абсолютного нуля обращается в нуль независимо от физико-химической природы, свойств и агрегатного состояния простого вещества, т. е. [c.186]

Опыт показывает, что вблизи абсолютного нуля вообще все термические коэффициенты, выражающие зависимость свойств тела от температуры, стремятся к нулю. В вырожденном состоянии тела как бы теряют связь с миром тепловых явлений. Область температур, в которой наступает вырождение, различна для разных тел. Так, для алмаза состояние вырождения достигается при довольно далекой от абсолютного нуля температуре — около 90 К. Это означает, что ниже 90 К при любой температуре, например при 10 или 70 К, свойства алмаза (объем, энергия и др.), зависящие от температуры, будут иметь в пределах существующей точности измерений одинаковые значения. В противоположность алмазу свинец переходит в вырожденное состояние при очень низких температурах. [c.68]

Электрическая проводимость — одно из самых характерных свойств металлов (проводников первого рода), проводящих электрический ток без химических изменений. Лучшими проводниками электричества являются серебро и медь, худшими — свинец и ртуть. При нагревании металлов их электрическая проводимость падает, а при охлаждении растет около абсолютного нуля она стремится к бесконечности — явление сверхпроводимости. [c.256]

Можно показать, кроме того, что ряд других свойств вещества претерпевает изменение при абсолютном нуле, например, скрытые теплоты агрегатных превращений при температуре абсолютного нуля равны нулю, коэффициент поверхностного натяжения перестает зависеть от температуры и т. д. [c.189]

Тепловая теорема Нернста является одним из выражений третьего закона термодинамики, который характеризует общие закономерности поведения веществ вблизи абсолютного нуля температуры. Тепловая теорема не требует доказательства и является постулатом, опирающимся на опытные данные о независимости от температуры многих свойств тел вблизи 7" = 0. [c.130]

В зависимости от мест, занимаемых атомами в периодическои системе элементов Д. И. Менделеева, их физико-химические свойства закономерно изменяются. Наиболее интересна область температур от О К до нескольких тысяч градусов. В этой области под действием сил химических связей и молекулярных сил происходит дальнейшая агрегация вещества, образуются устойчивые группы атомов — молекулы и кристаллы. Совокупность атомов переходит в конденсированное состояние, возникает многообразный мир окружающих нас простых и сложных газообразных, жидких и твердых тел, включающий в себя и биологические объекты. Вблизи абсолютного нуля температуры наиболее ярко проявляются квантовые свойства конденсированных систем. [c.8]

Действительно, по мере приближения к абсолютному нулю свойства тел все менее зависят от температуры. Это явление называют вырождением. Тело, свойства которого при данной точности опыта не зависят от температуры, называют вырожденным. [c.68]

Рассмотрение метода химических постоянных целесообразно начать с реакций между конденсированными телами для определения постоянной интегрирования в уравнении (IV. 1). В этом случае вблизи абсолютного нуля экспериментально достигается состояние вырождения, в котором свойства тел не зависят от температуры, в частности в этой области АН° АЩ. Учитывая это, из уравнения (IV. 1) получим [c.75]

Энергия образования соединения из атомов равна по величине и противоположна по знаку сумме энергий связи. При этом подразумевается, что как исходная молекула, так и продукты ее диссоциации находятся при абсолютном нуле и обладают свойствами идеального газа (см. стр. 239), причем продукты диссоциации находятся в основном состоянии. Однако химик часто встречается с реакциями при высоких температурах и давлениях и с реакциями между соответствующим образом возбужденными атомами. Если изменение температуры и давления мало влияет на энергию связи (поэтому все приведенные выше значения взяты при Р = 1 атм и = 25 °С), то переход в возбужденное состояние сопровождается большим энергетическим эффектом. [c.122]

При повышении температуры проводимость полупроводников в отличие от металлов обычно возрастает (см. 2). Электропроводность диэлектриков тоже возрастает. При температуре, близкой к абсолютному нулю, проводимость полупроводников и диэлектриков практически нулевая. По электрическим свойствам полупроводники стоят ближе к диэлектрикам, чем к металлам, от которых они имеют принципиальное качественное отличие. [c.232]

В дальнейшем индекс отбросим, помня о том, что он должен ставиться во всех случаях, когда речь идет о свойствах вешеств вблизи абсолютного нуля. [c.414]

Однако ряд исследователей считает мало вероятным, что вещество при очень высоких давлениях будет обладать теми же свойствами, как вблизи абсолютного нуля при сверхвысоких давлениях атомы вещества будут так тесно уложены, что их электронные оболочки перекроют одна другую, вследствие чего температура должна повыситься. [c.425]

Все это позволяет заключить, что ряд свойств конденсированной фазы (G, Н, F, V, Ср, Су, коэффициенты термического расширения, электропроводности и т. д.) вблизи абсолютного нуля перестает зависеть от температуры. [c.426]

Из этого следует, что еще при Г -> О свойства вещества становятся такими, что достижение абсолютного нуля температур принципиально невозможно. Действительно, при достаточном приближении к абсолютному нулю теплоемкость вещества становится исчезающе малой, вследствие чего нельзя отнятием теплоты достичь абсолютного нуля. [c.426]

Ширина запрещенной зоны у полупроводников в большой степени зависит от температуры (что и является главной основой принадлежности того или иного простого вещества к классу полупроводников). Так, при температурах, близких к абсолютному нулю, ширина запрещенной зоны стремится к бесконечности. В этих условиях все электроны (в том числе и валентные) находятся на самом низком энергетическом уровне, зона проводимости пуста полупроводник приобретает свойства совершенного диэлектрика. Прн повышении температуры полупроводника (или при воздействии других возбуждающих факторов) валентные электроны, преодолевая запрещенную зону, в большей или меньшей степени заполняют зону проводимости . Таким путем создается электронный механизм переноса тока, [c.455]

Носители заряда в полупроводниках и диэлектриках возникают за счет возбуждения связанных электронов. Отсюда следует, что их концентрация может резко изменяться под действием температуры, света, ядерных излучений, а также за счет введения примесных атомов, способствующих уменьшению энергии возбуждения. Так, при температурах, близких к абсолютному нулю, концентрация носителей в этих веществах практически равна нулю, а при высоких температурах становится близкой к концентрации носителей в металлах. Следовательно, повышение температуры способствует возбуждению связанных электронов и наоборот, понижение температуры вызывает связывание электронов, т. е. исчезновение носителей заряда. Процессы возбуждения (генерации) и исчезновения (рекомбинации) носителей заряда происходят не моментально, а с некоторой конечной скоростью, величина которой определяет целый ряд основных свойств полупроводников и является одной из важнейших характеристик материала. [c.11]

Специфические свойства металлов высокие электро- и теплопроводность вплоть до абсолютного нуля, универсальная связь между двумя указанными характеристиками и др. — определены наличием в металле свободных нелокализованных электронов, электронного газа. В первом приближении этот газ можно считать идеальным. Особенность электронного газа состоит в том, что он не подчиняется классической статистике Больцмана и должен быть описан квантовой статистикой, относящейся к частицам с полуцелым спином, фермионам. [c.177]

Науку о холоде и его применении называют криологией. Условно криологию можно подразделить на два крупных раздела — техника умеренного охлаждения и техника глубокого охлаждения, которые имеют общие теоретические позиции [9, 32, 142], но существенно различаются по основным методам создания холодильных эффектов и их применения. Область умеренного охлаждения ограничивают температурным интервалом от 283 до 120 К. К области глубокого охлаждения относят температуры ниже 120 К вплоть до температуры, близкой к абсолютному нулю. Методы криогенной техники используют при производстве ожиженных газов. Благодаря ее методам изучены свойства сверхпроводимости и сверхтекучести, проявляющиеся при очень низких температурах. При таких температурах вследствие уменьшения колебательной составляющей (см. разд. 1.3.3) снижается уровень энтропии веществ. [c.48]

Обобщая опытные данные по зависимости от температуры различных свойств системы, Нернст впервые высказал идею о том, что для любых процессов, происходящих при абсолютном нуле, изменение энтропии равно нулю [c.64]

Необходимо помнить, однако, что выведенные в настоящей главе соотношения и, в частности, равенство (IX.25) представляют результат использования классической статистики. Поэтому зависимость (IX.25) и другие зависимости при 7 — О, которые будут выведены далее, следует рассматривать лишь как результат экстраполяции свойств классического идеального газа до абсолютного нуля температур. [c.205]

Отметим, однако, что рассуждение о свойствах классического идеального газа при Т О чисто абстрактное, так как, во-первых, все молекулярные газы вблизи абсолютного нуля конденсируются, и, во-вторых, классическая статистика перестает выполняться. Тем не менее такие рассуждения полезны, по крайней мере в отношении вращательного и колебательного вкладов, которые сохраняются. и для молекул в кристаллических телах (хотя и в измененном виде). [c.225]

Вещества находятся в кристаллическом состоянии при температурах от О К до некоторого значения зависящего от давления (однако, чтобы заметно изменить Тцл, нужны весьма высокие давления). Температура плавления для различных веществ меняется в широких пределах в зависимости от характера взаимодействий в системе. Единственное вещество, которое при атмосферном давлении остается жидким вплоть до абсолютного нуля, — гелий, особые свойства которого находят объяснение в свете квантовой статистической теории. Кристаллизация гелия происходит только при высоком давлении (при р = 2,5 МПа Г р ет = 1,5 К). [c.310]

Объяснить термическое расширение кристалла и ряд других свойств возможно лишь при учете ангармоничности колебаний. В области температур вблизи точки плавления учет ангармоничности колебаний необходим. Однако влияние ангармоничностя не исчезает даже при абсолютном нуле и особенно значительно в случае малых масс, когда нулевые колебания велики. Как следствие ангармоничности нулевых колебаний равновесные положения атомов и при 7 ---= О не совпадают строго с положениями, отвечающими минимуму потенциальной энергии. [c.321]

Особое место среди простых веществ УПТА-группы занимает гелий. Во-первых, это наиболее трудно сжижаемый газ во-вторых, это единственный элемент, для которого твердое состояние достигается только при повышенном давлении (около 25 10 Па), в-третьих, в жидком состоянии гелий обладает особыми свойствами. Вплоть до температуры 2,172 К гелий — это бесцветная, прозрачная, легкая жидкость Не-1 (примерно в 10 раз легче воды). При отмеченной температуре наблюдается так называемый фазовый переход П рода (не сопровождаемый тепловым эффектом) и вплоть до сколь угодно низких температур, приближающихся к абсолютному нулю, гелий существует в виде жидкого Не-П. Эта жидкость с особыми и уникальными свойствами она практически не обладает вязкостью (сверхтекучесть), имеет колоссальную теплопроводность (в 3-10 раз больше гелия-1), а также проявляет ряд других аномальных эффектов. Эти явления связаны с тем, что при температуре 1—2 К длина волны де Бройля для атома гелия сравнима со средним межатомным расстоянием (т. е. объясняются с позиций квантовой механики). Поэтому сверхтекучий Не-П называют квантовой жидкостью. Из-за сверхтекучести гелий можно перевести в твердое состояние только под большим давлением. Существует глубокая аналогия между сверхтекучестью гелия-П и сверхпроводимостью металлов. При низких температурах свободные электроны в металлах также ведут себя как электронная квантовая жидкость . [c.391]

Дискретным уровням атома в твердом теле соответствует всегда дискретная система разрешенных зон. разделенных запретными зонами. Как правило, если электроны образуют в атоме или молекуле законченную группу, то при объединении их в твердое или жидкое тело создаются зоны, все уровни которых заполнены, поэтому такие вещества будут обладать при абсолютном нуле свойствами изоляторов [48, стр. П71. Сюда относятся решетки благородных газов, молекулярные и ионные решетки соединений с насыщенными связями. В решетках алмаза, кремния, германия, а-олова, соединений типа А В , А В , С5 каждый атом связан единичными валентными связями с четырьмя ближайшими соседями, так что вокруг него образуется законченная группа электронов 5 р и валентная зона оказывается заполненной. [c.235]

Здесь существенно подчеркнуть, что вещество должно быть чистым, а кристалл лишенным дефектов. Наличие примесей и дефектов в кристаллической решетке увеличивают энтропию. Высказывая утверждение, Планк основывался на известных уже в то время свойствах веществ при температурах, близких к абсолютному нулю. Оьгласно более поздним экспериментальным данным и теории [функция Дебая (11.120)] теплоемкость не только стремится к нулю при Т О, но убывает значительно быстрее температуры, а именно пропорционально ее кубу, поэтому подынтегральная функция (111.22) или (111.23) с понижением температуры стремится к нулю. Известно, что тела в области низких температур как бы теряют связь с миром тепловых явлений — многие их свойства (в том числе теплоемкость, объем, энтропия перестают зависеть от температуры). В термодинамике химических реакций известно положение, называемое теоремой Нернста, согласно которому производная теплового эффекта потемпературе стремится к нулю с понижением температуры. Все это, конечно, не доказывает постулативное положение. Более убедительное объяснение постулата Планка доставляет статистическая термодинамика (см. гл. VI), согласно которой [c.83]

В основе термодинамики лежат три обобщения, или принципа первый принцип термодинамики является законом сохранения энергии второй ее принцип характеризует направление всех естественных, самопроизвольно протекающих процессов менее общий третий принцип позволяет определить абсолютное значение одного из фундаментальных свойств вещества — его энтропии (см. 11.3). Эти принципы, или законы, являющиеся обобщением огромного опытного материала, могут быть выражены по-разному часто их формулируют в виде утверждения о невозможности осуществления Perpetuum mobile — вечного двигателя первого рода, в котором производимая машиной работа превышала бы количество подведенной теплоты вечного двигателя второго рода, в котором работа производилась бы за счет одного источника теплоты, и вечного двигателя третьего рода, в котором работа производилась бы за счет охлаждения источника энергии до абсолютного нуля температуры. [c.78]

Интересной особешгостью молекулярного водорода является наличие в смеси двух сортов молекул. Обе модификации отличаются друг от друга направлением собственного момента вращения протонов. В орто-форме о-Но оба протона вращаются вокруг своей оси в одинаковых направлениях, т. е. спины ядер параллельны ( ). У пауоа-водорода п-Н ядра вращаются в противоположных направлениях и ядерные спины антипараллельны ( ). Обе модификации водорода связаны друг с другом взаимными переходами, которые протекают очень медленно, но могут быть ускорены введением парамагнитных катализаторов (Ог, N02 и др.). При комнатной температуре в равновесной смеси находится 75% о-Нз. При температуре, близкой к абсолютному нулю, смесь практически содержит только п-Нг. Обе формы молекулярного водорода различаются по термодинамическим свойствам (теплоемкости, энтропии и т. п.). В химическом отношении поведение обеих модификаций практически тож- [c.99]

Для двухатомных молекул энергия связи равна энергии диссоциации молекулы. Для многоатомных молекул, например молекул АВл с одним типом связи, средняя энергия связи равна 1/л части энергии распада молекулы иа атомы (энергии атомиза-цни). При расчетах энергии связи подразумевается, что исходная молекула и продукты ее распада находятся в невозбужденном состоянии при абсолютном нуле и обладают свойствами идеального газа, т. е. рассматривается стандартная энергия диссоциации молекул. Так, энергия, поглощаемая в процессе [c.63]

Из уравнения Гиббса — Гельмгольца следует, что при Т = ОК АО = АН, т. е. ДС- и ДЯ-кривые сходятся в одной точке. Опыт показывает, что не только при абсолютном нуле, но и вообще при очень низких температурах эти две кривые для многих реакций, в которых участвуют только твердые вещества, асимптомотически сближаются и идут почти горизонтально это говорит о том, что при очень низких температурах свойства твердых тел мало зависят от температуры. В. Нернст высказал утверждение, что в конденсированных системах вблизи абсолютного нуля АО- и АН-кривые имеют общую касательную, параллельную оси температур (тепловая теорема Нернста) . Математически это означает, что пределы производных теплового эффекта и изобарного потенциала по температуре равны нулю, т. е. [c.146]

Физические свойства. Цинк, кадмий и ртуть являются тяжелыми металлами. Ртуть — единственный жидкий при обыкновенных условиях металл температура плавления его около —39° С. Плотности и атомные объемы возрастают от цинка к ртути, а температуры плавления и кипения в том же направлении падают. По физическим свойствам эти металлы резко отличаются от щелочноземельных металлов (см. табл. 4). Теплоты сублимации цинка, кадмия и ртути соответственно равны 131,38 112,97 и, 64,64 кдж1г-атом. Они в 1,3—2,7 раза меньше, чем у кальция, стронция и бария, и этим объясняется большая летучесть этих металлов. При температурах, близких к абсолютному нулю, цинк (0,84° К) и ртуть (4,12° К) являются сверхпроводниками. [c.161]

Следует также подчеркнуть, что установленная в термодинамике теорема Нернста получила свое точное изложение только в квантовой механике. Если энергия изменяется непрерывно, то при сколь угодно малой (но отличной от нуля) температуре всегда будет существовать набор возможных состояний вблизи наиниз-шего по энергии состояния системы, и энтропия системы вблизи абсолютного нуля окажется отличной от нуля. Уравнение (УП.28) описывает в статистической теории все свойства энтропии. При этом не возникает необходимость в специальных допущениях, таких, как теорема Нернста. Более того, анализ уравнения (УП.28) не только раскрывает причины, по которым выполняется теорема Нернста, но и определяет случаи, когда она не выполняется. [c.214]

Перспективно применение НГ и его соединений в жаропрочных сплавах для самолетостроения и ракетной техники. Сплавы титана, легированные гафнием (до нескольких процентов), выдерживают нагревание до 980 . Сплавы тантала с гафнием устойчивы против окисления до 1650°. Сплавы МЬ и Та с НГ (2—10%) и У (8—10%) хорошо обрабатываются, коррозионно стойки, высокопрочны выше 2000° и вблизи абсолютного нуля. Уникальные свойства имеют жаропрочные материалы на основе карбида и нитрида гафния. Твердый раствор карбидов НГ и Та, плавящийся выше 4000°, — самый тугоплавкий керами ческий материал. Йз него готовят тигли для выплавки тугоплавких металлов и детали реактивных двигaтeлeiV 15, 16, 72, 731. [c.309]

Низка (близка к абсолютному нулю). Для алмаза это состояние достигается при существенно более высокой температуре (около 90 К), следовательно, при любой более низкой температуре свойства алмаза сохраняют постоянные значения, т. е. не зависят от температуры. Если, например, привести алмаз, имеющий температуру 10 К, в соприкосновение с газом при 80 К, то энергия алмаза не будет увеличиваться. Это противоречит классической механике, поскольку столкновения молекул газа с атомами углерода, находящимися в узлах кристаллической решетки алмаза, не приводят к передаче энергии. Объяснение такого явления дает лишь квантовая механика, согласно которой при периодическом движении микрочастиц их энергия не может изменяться непрерывно, а только строго определенными, отдельными порциями — квантами. Например, электроны в атомах при испускании или поглощении изл счения совершают перескоки только между определенными, дискретными энергетическими уровнями. [c.43]