物体能低于绝对零度吗?请先阅读以下材料!

2025-06-23 02:10:10
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回答1:

哦,这个啊,首先你得知道,绝对零度是真真切切去不到的。这热力学第三定律来的。那么负温度怎么来的呢?这才是关键,其实这是来源于对温度的定义不同。刚好我看见了,这样一份扫盲贴,转来应该能很好地帮助你。

首先,什么是温度?
“温度(temperature)是表示物体冷热程度的物理量,微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度”--- 这是一个初中生都能背熟的解释。
然后,什么是负温度?
“负温度是描述从零到正无穷的开氏温标所不能描述的状态。也就是比“正无穷”还高的温度” ---- 相信很多人看到这里,就已经理解不能了。
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要理解什么是“负温度”,我们首先要了解如何“测量”温度
测量的方法有很多种(=。=,把温度计这种低级测量抛弃吧)
1. 黑体辐射(维恩位移定律),一般用于测量天体。
2. 测量粒子的平均动能
3. 麦克斯韦-波尔兹曼分布 通过测量粒子的能级分布(即高能级粒子的数目和低能级粒子的数目)代入方程中,求出T
注意哦!采用不同的测量方式,得到的“温度”可能不同(特别很高温度时)
所以在科学研究中,一般会表面采用了何种测量方式
而“负温度”来自于第三种测量方式麦克斯韦-波尔兹曼分布

在一般的情况下,如理想气体,具有无穷多的能级。随着内能的增加的,分布在高能级上的原子或分子也随之增加。由此引起了原子能级范围增大,无序性增大,从而系统的熵增大。
但在特殊的情况下,当系统的内能增加时,系统的有序性也增加(熵在减少),根据热力学第二定律,此时的温度就是负的!
出现这种情况的条件是什么?
粒子的能级必须有上限或者说拥有限多个能级(如果能级没有上限,系统可能的微观状态将随着能量的增加而增加,即熵是随能量单调增加的函数,这样,就只能存在正绝对温度)
例如氢就不存在负温度,因为它的能级有无限多个
(还有其他条件,这里就不详说了)

为什么会出现“当系统的内能增加时,系统的有序性也增加”这种情况?
这里需要大家的一些“想象力”
在能级是有限的情况下,最“无序”的情况是什么?
是不是原子能级范围最大时,无序性(熵)最大
所谓的“原子能级范围最大”指的是“每一个可能的能级中都有粒子,而且是一样多”
换句话说,也就是“每个能级上的粒子同样多”
假设某种粒子有5个能级,然后有5个这种粒子
那么熵最大的时候,就是1,2,3,4,5能级上,各有一个粒子
这时候是“最混乱”的,此时如果系统继续增加能量,则更多的粒子从低能态往高能态跃迁,然后就达不到“分布最广”的情况了(因为粒子向某一端集中了),所以熵就反而减少了(系统更加有序了)

于是乎按照之前的测量方式,出现了负温度。能量增加,熵减嘛。原贴很清楚。以上解释部分来源于复制参考资料。
希望能帮到您,谢谢。