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餘熵

指数 餘熵

余熵是处于非平衡态的物质与其处于完整晶体状态的物质在温度趋近于绝对零度时熵的差值。这一概念在凝聚体物理学领域主要用来描述玻璃态非晶体及与完整晶体相比在绝对零度时的熵,而完整晶体的熵根据热力学第三定律在绝对零度时为零。当物质冷却时有多种状态时,这一概念会被常常用到。最为常见的非平衡状态为玻璃态。 一个较为常见的例子是一氧化碳,其分子有非常小的电偶极矩。当一氧化碳晶体被冷却至接近绝对零度时,极少数的一氧化碳分子会有足够时间按照完整晶体形态排列(所有分子的排列方向一致)。这样整个晶体内部就有2^N种不同的,可以得出此时的熵S.

目录

  1. 12 关系: 完整晶体一氧化碳凝聚体物理学几何不稳定性玻璃态绝对零度热力学第三定律电偶极矩熱力學平衡萊納斯·鮑林易辛模型

  2. 热力学熵

完整晶体

完整晶体(Perfect crystal)指不存在点缺陷,线缺陷和面缺陷等类型晶体缺陷的晶体。由于在结晶时不可能排除造成晶体缺陷的因素,因而在现实中,完整晶体并不存在。但这一假象概念对于热力学定律的表述非常重要。 在晶体学中,其可以被用来指不存在线缺陷和面缺陷的晶体,因为对于不存在其他类型晶体缺陷的晶体,少量的点缺陷是难以测定的。 晶体缺陷可由于重力因素产生。因而在像国际空间站或太空这种零重力环境中,可以制得接近完整晶体的较为理想的晶体。。.

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一氧化碳

一氧化碳,分子式CO,是無色、無嗅、無味的无机化合物氣體,比空氣略輕。在水中的溶解度甚低,但易溶于氨水。空气混合爆炸极限为12.5%~74%。 一氧化碳是含碳物质不完全燃烧的产物。也可以作为燃料使用,煤和水在高温下可以生成水煤气(一氧化碳与氢气的混合物)。有些現代技術,如煉鐵,還是會產生副產品的一氧化碳。一氧化碳是可用作身體自然調節炎症反應的三種氣體之一(其他兩種是一氧化氮和硫化氫)。 由于一氧化碳与体内血红蛋白的亲和力比氧与血红蛋白的亲和力大200-300倍,而碳氧血红蛋白较氧合血红蛋白的解离速度慢3600倍,当一氧化碳浓度在空气中达到35ppm,就会对人体产生损害,會造成一氧化碳中毒(又称煤气中毒)。 雖然一氧化碳有毒,但動物代謝亦會產生少量一氧化碳,並認為有一些正常的生理功能。.

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凝聚体物理学

#重定向 凝聚态物理学.

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几何不稳定性

几何不稳定性是凝聚体物理学中的一种特殊现象。表现为由于晶体结构本身的几何性质导致不存在唯一的能量最低态,因此具有一个非零余熵(在温度为绝对零度的时候,整个系统的熵值不为零)。一个常见的几何不稳定性的离子就是冰,其余熵为3.4焦耳每开尔文每摩尔(3.40 J/K/mole)。 Category:凝聚体物理学.

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玻璃态

玻璃态是由于物质在从液态冷却的时候由于冷却速度太快或者结晶速度太慢等动力学原因,或者由于分子自身不存在重复单元而无法形成晶体,而被冻结在液态的分子排布状态的一种形态。.

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绝对零度

絕對零度(absolute zero)是熱力學的最低溫度,是粒子动能低到量子力学最低点时物质的温度。绝对零度是僅存於理論的下限值,其熱力學溫標寫成K,等於攝氏溫標零下273.15度(即−273.15℃)。 物質的溫度取決於其內原子、分子等粒子的動能。根據麥克斯韋-玻爾茲曼分佈,粒子動能越高,物質溫度就越高。理論上,若粒子動能低到量子力學的最低點時,物質即達到絕對零度,不能再低。然而,根據熱力學第二定律,絕對零度永遠無法達到,只可無限逼近。因為任何空間必然存有能量和熱量,也不斷進行相互轉換而不消失。所以絕對零度是不存在的,除非該空間自始即無任何能量熱量。在此一空間,所有物質完全沒有粒子振動,其總體積並且為零。 有關物質接近絕對零度時的行為,可初步觀察。定義如下: 其中h為普朗克常數、m為粒子的質量、k為波茲曼常數、T為絕對溫度。可見熱德布洛伊波長與絕對溫度的平方根成反比,因此當溫度很低的時候,粒子物質波的波長很長,粒子與粒子之間的物質波有很大的重疊,因此量子力學的效應就會變得很明顯。著名的現象之一就是在1995年首次被實驗證實的玻色-愛因斯坦凝聚,當時溫度降至只有1.7×10-7 K。.

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热力学第三定律

热力学第三定律是热力学的四条基本定律之一,其描述的是热力学系统的熵在温度趋近于绝对零度时將趋于定值。而对于完整晶体,这个定值为零。由於这個定律是由瓦尔特·能斯特歸納得出後發表,因此又常被称为能斯特定理或能斯特假定。1923年,吉爾伯特·路易斯和對此一定律重新提出另一种表述。 随着统计力学的发展,这個定律正如其他热力学定律一样得到了各種解釋,而不再只是由实验結果所歸納而出的经验定律。 这個定律有适用条件的限制,雖然其应用范围不如热力学第一、第二定律广泛,但仍對很多學門有重要意义——特别是在物理化学领域。.

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电偶极矩

在物理學裏,电偶极矩衡量正電荷分佈與負電荷分佈的分離狀況,即电荷系统的整體极性。 对于分别带有正电量 q 、負电量 - q 的两个点电荷的简单案例,电偶极矩 \mathbf 为: 其中,\mathbf 是从负电荷位置指至正电荷位置的位移向量。 这方程式意味着电偶极矩 \mathbf 的方向是从负电荷指向正电荷。注意到这跟在正电荷与负电荷之间的电场线的方向相反——从正电荷开始,在负电荷结束。这裏并没有矛盾,因为电偶极矩与電偶極子的取向有關,即與电荷的相对位置有关;它不能單獨直接地表示出電場線的方向。 稱這雙電荷系統為「物理電偶極子」。在距離超遠於兩個點電荷相隔距離之處,物理電偶極子所產生的電場,可以近似為其電偶極矩所產生的電場。令物理電偶極子的兩個點電荷相隔距離 \mathbf 趨向於 0 ,同時保持其電偶極矩 \mathbf 不變,則極限就是「點電偶極子」,又稱為「純電偶極子」。物理電偶極子產生的電場,其多極展開式的一次項目就是點電偶極子產生的電場。.

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熱力學平衡

热力学平衡,简称热平衡,指一个热力学系统在没有外界影响的条件下,系统各部分的宏观属性(如物质的量、能量、体积等)在长时间内不发生任何变化的状态。 熱平衡是熱力學中的一個基本實驗定律,其重要意義在於它是科學定義溫度概念的基礎,是用溫度計測量溫度的依據。 在熱力學中,溫度、內能、熵是三個基本的狀態函數:.

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化學及热力学中所谓熵(entropy),是一種測量在動力學方面不能做功的能量總數,也就是當總體的熵增加,其做功能力也下降,熵的量度正是能量退化的指標。熵亦被用於計算一個系統中的失序現象,也就是計算該系統混亂的程度。熵是一个描述系统状态的函数,但是经常用熵的参考值和变化量进行分析比较,它在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域都有重要应用,在不同的学科中也有引申出的更为具体的定义,是各领域十分重要的参量。.

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萊納斯·鮑林

萊納斯·卡爾·鮑林(Linus Carl Pauling,),美國化学家,量子化學和結構生物學的先驱者之一。1954年因在化學鍵方面的工作取得诺贝尔化学奖,1963年因反對核彈在地面測試的行動获得1962年度的诺贝尔和平奖,成為获得不同诺贝尔奖项的兩人之一(另一人為居里夫人);也是唯一的一位每次都是独立地获得诺贝尔奖的获奖人。其後他主要的行動為支持維他命C在醫學的功用。鮑林被认为是20世纪对化学科学影响最大的人之一,他所撰写的《化学键的本质》被认为是化学史上最重要的著作之一。他以量子力學入手分析化學問題,結論卻以直觀、淺白的概念重新闡述,即便未受量子力學訓練的化學家亦可利用準確的直觀圖像研究化學問題,影響至為深遠,比如他所提出的許多概念:电负度、共振論、价键理论、混成軌域、蛋白质二級結構等概念和理论,如今已成為化学領域最基础和最广泛使用的觀念。 他晚年过度吹捧营养补充品的药用价值,并提倡使用高剂量的维生素C治疗感冒,给自己的声誉带来了负面影响。.

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易辛模型

易辛模型(Ising model,(),是一個以物理學家為名的數學模型,用於描述物質的鐵磁性。該模型中包含了可以用來描述單個原子磁矩的參數\sigma_i ,其值只能為+1或-1,分別代表自旋向上或向下,這些磁矩通常會按照某種規則排列,形成晶格,並且在模型中會引入特定交互作用的參數,使得相鄰的自旋互相影響。雖然該模型相對於物理現實是一個相當簡化的模型,但它卻和鐵磁性物質一樣會產生相變。事實上,一個二維的是已知最簡單而會產生相變的物理系統。 易辛模型最早是由物理學家威廉·冷次(Wilhelm Lenz, 1888-1957)在1920年發明的,他把該模型當成是一個給他學生恩斯特·易辛的問題。易辛在他一篇1924年的論文中求得了一維易辛模型的解析解,並且證明它不會產生相變。 二維方晶格易辛模型相對於一維的難出許多,因此其解析的描述在一段時間之後才在1943年由拉斯·昂薩格給出。一般來說,二維易辛模型的解析解可由求得,不過也有幾個和量子場論有關的解法。對於大於三維的易辛模型目前還沒有找到解析解,但其近似解可由諸多方法求得,例如平均場論。.

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另见

热力学熵