《热力学统计物理学（梁希侠）课件06统热教案之十四（4.5-6)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热力学统计物理学（梁希侠）课件06统热教案之十四（4.5-6)（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 内蒙古大学内蒙古大学 理工学院物理系理工学院物理系 4 . 5电磁介质的热力学性质 Thermodynamical Properties of Electric and Magnetic Medium 第四章 均匀物质的热力 学性质 （4 ） 前面的讨论没有涉及外场的作用，位形参数仅 限于几何变数 本节讨论有电磁场的情形 （以磁场为例） 基本微分方程 磁介质热力学关系 电介质热力学关系 内蒙古大学内蒙古大学 理工学院物理系理工学院物理系 1 . 基本微分方程 Basic Differential Equation 第四章 均匀物质的热力 学性质 （4 ） 考虑 匀强磁场中的各向同性磁介质
2、外磁场强度为H ，相应的位形参数为磁感强度B BdHVWd v? = 各向同性情形，同方向，各矢量写为标量形式 mHB v ?v , 2 1 0 2 0 VHdmHVdWd+ = 本 节 E 电场强度 H 磁场强度 U 内能 )( 0 mHB ? ?v += 又， 其中 为磁导率，m ? 为磁化强度， VmM ? ? =总磁矩 物体磁场能增量介质磁化项 磁场对系统作功 内蒙古大学内蒙古大学 理工学院物理系理工学院物理系 第四章 均匀物质的热力 学性质 （4 ） 2 d 0 2 0 0 VHdm HV dVpTdSdU += p0 “机械压强”（Mechanical Pressure） 吉布斯函
3、数 0 TSVpUG+= 2 d ddd 0 2 0 0 VHdm HV pVTSG += 引入总压强 2 0 2 0 0 Hm H pp += 选 T、p、H 为独立变数 0MdH VdpSdTdG+= 以 T、p、H 为独立变数，G为特性函数 内能增量 内蒙古大学内蒙古大学 理工学院物理系理工学院物理系 第四章 均匀物质的热力 学性质 （4 ） 2 . 磁介质热力学关系 Thermodynamical Relations , , 0 pT HT H V p M = , 0 TpHp H S T M = 亦可得相应麦克斯韦关系 由 0MdH VdpSdTdG+= 完整微分条件 可用以讨论磁介
4、质热力学性质 内蒙古大学内蒙古大学 理工学院物理系理工学院物理系 第四章 均匀物质的热力 学性质 （4 ） , , 0 pT HT H V p M = （1 ）压磁 磁致伸缩 右端：T，p 不变时，磁场增加导致体积的变化 磁致伸缩 分析 压磁 磁致伸缩效应 HTm)(=弱场情形下近似有 T 与 H 不变时，m 亦近似不变 左端： 2 0 2 0 0 Hm H pp += p0增加（则 p 增）导致总磁矩 M 增加 压磁效应 总压强变化由 p0决定 第一个麦克斯韦关系 第一个麦克斯韦关系给出压磁效应与磁致伸缩的关系 内蒙古大学内蒙古大学 理工学院物理系理工学院物理系 第四章 均匀物质的热力 学性
5、质 （4 ） ,SpHp H T T S = Hp Hp T S TC , , = （2 ）热磁 磁热效应 第二个麦克斯韦关系式可化为 , 0 TpHp H S T M = 左端：p，H 不变时，因 T 变导致 M 变 热磁效应 右端：p，S不变时，因 H 变导致 T 变 磁热效应 第二个麦克斯韦关系给出 热磁和磁热效应的关系 TpHp H S T M , 0 = , , Sp Hp H T T C = 对顺磁物质，TM 具体讨论 磁热效应 2 内蒙古大学内蒙古大学 理工学院物理系理工学院物理系 第四章 均匀物质的热力 学性质 （4 ） 室温磁制冷 磁冰箱 稀土磁制冷材料 0 , 0 , =
6、HpSp TC HCV H T H T V CM = 如果物体为顺磁物质，有C u r i e 定律：，C 0为居里系数 HpHpSp T M C T H T , 0 , = 即 , , , 0 Sp Hp Hp H T T C T M = 美国埃姆斯实验室2 0 0 2 年研制出世界上 第一台能在室温下工作的磁冰箱 可见，对于顺磁物质，在压强不变的条件下，绝热去磁可以降 温 绝热去磁法降温可以获得 p2 左边活塞对气体作功 W1= ? p1( 0 ?V1) = p1V1， 右边活塞对气体作功 W2= ?k p2(V2? 0 ) = p2V2 。 外界总作功为 2211 VpVp 21 HH
7、= 内能变化:E2 E1 221112 VpVpEE= 故而 等焓过程 p1p2 内蒙古大学内蒙古大学 理工学院物理系理工学院物理系 第四章 均匀物质的热力 学性质 （4 ） p H p T C p T T H p H = = H p T 定义焦汤系数 0测量结果： 由微分关系 0 T p H 可知 焓不仅是温度的函数，而且是压强的函数 理想气体： = 1/T，所以V(T1) = 0，因而 = 0 绝热节流过程气体温度不变； 实际气体： = (T，p)， 的正负与T, P 有关 p T T V TV p H = 又由4 . 2 1= =TVV T V TC p p 因为 Cp，所以的正负完全由
8、 V(T1) （因而物态方程）决 定 0 多数气体为冷却效应，； 0 极少数气体为致温效应。 01/T， 0 ，致冷区绝热节流过程降温； ( 2 ) = = = Ppp T p S C TV T V C T p S S T p T 4 低温的获得 Achievinglow temperatures 用现有知识，设计降温方案 （1 ）绝热（即S 不变的）过程 即绝热膨胀降低气体温度 （2 ）节流膨胀（焦汤模式） 先由（1 ）降至转换（反转）温度以下，节流液化沸点很低的气体 获得更低 （1K量级）的低温 温度与压强的关系 TN2 4000C致温区（ 0） 200（105Pa）p 内蒙古大学内蒙古大学 理工学院物理系理工学院物理系 第四章 均匀物质的热力 学性质 （4 ） 如：空气、氮、二氧化碳可能实现室温转换温度 氢气反转温度 800C， 须预冷 节流膨胀可获得1K量级的低温，更低温需要用其它方法， 如绝热去磁 内蒙古大学内蒙古大学 理工学院物理系理工学院物理系 第四章 均匀物质的热力 学性质 （4 ） 作业：4 . 6 ，4 . 1 1 （3 ）绝热去磁 0 , 0 , = HpSp TC HCV H T 用顺磁物质，因有 在压强不变的条件下，通过绝热去磁则降温，很有效 可以获得 1 K之温度
