//////

Miesięczne archiwum: Czerwiec 2009

DEFINIOWANIE TEMPERATURY

Temperatury więc nie daje się definiować w kategoriach średniej energii kinetycznej i energii ruchu drgającego. Potrzeba w tym celu czegoś bardziej ogólnego. Próbowaliśmy wykorzystać liczbę cząstek i ruchów drgają­cych, lecz próba ta zawiodła. Cóż więc jeszcze takiego mamy w naszym modelu statystycz­nym, co mogłoby nam zamiast tego posłużyć? Stopień nieuporządkowania. Wyobraźmy sobie następujące doświadczenie. Gaz wypełnia walec ograniczony na jednym końcu sztywną mocną ścianą, na drugim — ru­chomym tłokiem. Niech mała ilość dostarczone­go ciepła spowoduje, że gaz się rozszerzy i odepchnie trochę tłok. Przypuśćmy, że cała dostarczona energia poszła na poruszenie tłoka. Nie nastąpił więc wzrost temperatury gazu. Ponieważ gaz zajmuje teraz większą przestrzeń, istnieje więcej możliwych kombinacji osiągnię­cia przez niego najbardziej prawdopodobnego stanu. Innymi słowy, wzrósł o określoną wiel­kość stopień jego nieuporządkowania.

DOSTARCZENIE MIERZALNEJ ILOŚCI ENERGII

Dostar­czenie mierzalnej ilości energii spowodowało mierzalny wzrost nieuporządkowania. Dlatego też istnieje energia właściwa, która jest równa ilości energii potrzebnej do wywołania wzrostu nieuporządkowania o jeden. Tę energię właści­wą utożsamiamy z kT. Na szczęście ta definicja temperatury odpo­wiada zarówno kwantowemu, jak i klasyczne­mu reżymowi. Wiążąc temperaturę ze stopniem nieuporządkowania, oddzielamy jej definicję od szczegółowych statystycznych właściwości roz­maitych składników układu. Temperatura staje się miarą trudności zwiększenia stopnia jego nieuporządkowania. W niskich temperaturach ten sam przyrost energii powoduje większy wzrost nieuporządkowania niż w temperatu­rach wyższych. Odwrotnie, odebranie tej samej ilości energii układowi w niskich temperatu­rach powoduje większy wzrost jego uporząd­kowania niż wówczas, gdy zachodzi to w wy­sokich temperaturach.

DOSKONAŁE UPORZĄDKOWANIE

Doskonałe uporządkowa­nie odpowiada temperaturze zera absolutnego. Ponieważ stopień uporządkowania jest ściśle ; związany z liczbą cząstek i ruchów drgających, nie zaskakuje nas zbytnio, że definicja oparła na średniej energii jest bliska prawdy. Niemniej zależność między temperaturą i energią potrzebną do wytworzenia nieuporządkowania jest zależnością fundamentalną.Jeśli pomnożymy stopień nieuporządkowania przez stałą Boltzmanna, otrzymamy wielkość fizyczną mianowaną w dżulach na stopień. Ta wielkość jest znana jako entropia. Temperatu­ra więc jest energią niezbędną do wywołania wzrostu entropii o jeden. Wiele to nam mówi o  tym, co głosi termodynamika. W dziedzinie tej stwierdzono konieczność wprowadzenia pojęcia entropii dużo wcześniej, nim wprowadza- -i no szczegółowe modele statystyczne. W czasie , zachodzenia dowolnego procesu termodynami­cznego entropia jest taką wielkością, która nigdy nie maleje. Jest to treść drugiego prawa termodynamiki. Związanie entropii z pojęciem stopnia nieuporządkowania jest triumfem fizyki statystycznej i umożliwia pełne zrozumienie  treści tego prawa.