Negatiivinen lämpötila?

Sulje itsesi!

Kiitämme perusteellisesta vastauksesta! Epäselväksi vain jäi, mitä lämpömittari näyttäisi joutuessaan kosketuksiin negatiivisen lämpötilan omaavan systeemin kanssa, ja kuinka lämpömittarit yleensäkään voivat olla kovin tarkkoja jos entropia ei aina kasva samassa suhteessa energian lisäyksen kanssa?

dindian kirjoitti:

Kiitämme perusteellisesta vastauksesta! Epäselväksi vain jäi, mitä lämpömittari näyttäisi joutuessaan kosketuksiin negatiivisen lämpötilan omaavan systeemin kanssa, ja kuinka lämpömittarit yleensäkään voivat olla kovin tarkkoja jos entropia ei aina kasva samassa suhteessa energian lisäyksen kanssa?

Lue lisää

Nyt siis negatiivinen lämpötila on "korkeampi" lämpötila kuin positiivinen. Ja lämpöhän kulkee korkeammasta matalampaan.

Lämpötilan mittaaminen yksinkertaisimmillaan perustuu termiseen tasapainoon. Eli siihen, että annetaan systeemien ajautua ensin tasapainoon ja sitten selvitetään lämpötila. Voisihan sitä tietenkin selvittää lämpötilan ennen termistä tasapainoa mittaamalla sitä kuinka tasapainotila lähestyy.

"Otetaan äärellinen määrä hiukkasia. Systeemissä yksittäinen hiukkanen voi olla vain kahdella eri energiatilalla, joko alemmalla tai ylemmällä energiatilalla."

Ei sellaista systeemiä olekaan. Yksittäisen hiukkasen energiajakautuma noudattaa Gaussin käyrää. Jo Bolzman osoitti sen aikanaan. Kirjoittelet höpöjä

trollit-pois kirjoitti:

"Otetaan äärellinen määrä hiukkasia. Systeemissä yksittäinen hiukkanen voi olla vain kahdella eri energiatilalla, joko alemmalla tai ylemmällä energiatilalla."

Ei sellaista systeemiä olekaan. Yksittäisen hiukkasen energiajakautuma noudattaa Gaussin käyrää. Jo Bolzman osoitti sen aikanaan. Kirjoittelet höpöjä

Lue lisää

Maxwell-Bolzmann jakauma kuvaa hiukkasten nopeutta ideaalikaasussa.

Mites ajattelit määritellä lämpötilan kiinteälle materiaalille?

Entä, eikö kvantittuneita systeemejä ole olemassa?

Juuri näin. Kyseessä on tietty kvanttifysiikan tila, joka on aivan eri asia kuin se lämpökäsite, josta normaalisti puhutaan.

Niin siis kannattaa huomata, että lämpötilan voi määritellä myös osasysteemille.

Ja myös se, että negatiivinen lämpötila vaatii sen, että kokonaisenergia on rajattu.

Ja myös se, että kineettistä energiaa voi aina lisätä eli kineettisellä energialla ei ole ylärajaa.

Esimerkki. kasa elektroneja magneettikentässä:

Elektronille voi antaa kuinka paljon kineettistä energiaa tahansa. Tämä tarkoittaa sitä, että systeemin kokonaisenergia ei ole rajattu, joten systeemin lämpötila ei voi kokonaisuudessaan olla koskaan negatiivinen.

Nyt elektronilla on myös spin. Spinin arvo voi olla joko ylös tai alas eli tiloja on kaksi. Nyt magneettikentän olemassa olo tarkoittaa sitä, että toinen näistä tiloista on energialtaan korkeampi kuin toinen. Nyt siis spiniin liittyvä energia on selkeästi rajattu, koska tiloja on vain kaksi. Joten spiniin liittyvä lämpötila voi olla myös negatiivinen. Eli negatiivinen (spin)lämpötila on silloin kun korkeampi energisellä tilalla olevia elektroneja on enemmän.

Ja nythän negatiivisen lämpötilan voi saada aikaiseksi muuttamalla magneettikenttää, koska se, että kumpi tiloista on korkeampi ja kumpi matalampi riippuu magneettikentästä.

Muita esimerkkejä:

Statistisen fysiikan klassinen esimerkki on se, että neutronin ja protonin voi käsittää saman hiukkasen kahdeksi eri tilaksi. Jos nyt tätä asiaa sovelletaan tähän tilanteeseen, niin kun protoneja on enemmän kuin neutroneja lämpötila on positiivinen ja kun neutroneja on enemmän kuin protoneja lämpötila on negatiivinen.

Nyt samanlaisen tarkastelun voi tehdä myös kvarkeille, jos ne käsitetään saman hiukkasen kahdeksi eri tilaksi.

Vetyatomi; Elektronilla on perustila ja vitystiloja, mutta voi tapahtua myös ionisaatio. Ionisaatio tarkoittaa myös kineettistä energiaa ja sitä, että kokonaisenergia ei ole rajattu. Eli tässä pitäisi tehdä jotain rajatumpaa tarkastelua.

JA51 kirjoitti:

Niin siis kannattaa huomata, että lämpötilan voi määritellä myös osasysteemille.

Ja myös se, että negatiivinen lämpötila vaatii sen, että kokonaisenergia on rajattu.

Ja myös se, että kineettistä energiaa voi aina lisätä eli kineettisellä energialla ei ole ylärajaa.

Esimerkki. kasa elektroneja magneettikentässä:

Elektronille voi antaa kuinka paljon kineettistä energiaa tahansa. Tämä tarkoittaa sitä, että systeemin kokonaisenergia ei ole rajattu, joten systeemin lämpötila ei voi kokonaisuudessaan olla koskaan negatiivinen.

Nyt elektronilla on myös spin. Spinin arvo voi olla joko ylös tai alas eli tiloja on kaksi. Nyt magneettikentän olemassa olo tarkoittaa sitä, että toinen näistä tiloista on energialtaan korkeampi kuin toinen. Nyt siis spiniin liittyvä energia on selkeästi rajattu, koska tiloja on vain kaksi. Joten spiniin liittyvä lämpötila voi olla myös negatiivinen. Eli negatiivinen (spin)lämpötila on silloin kun korkeampi energisellä tilalla olevia elektroneja on enemmän.

Ja nythän negatiivisen lämpötilan voi saada aikaiseksi muuttamalla magneettikenttää, koska se, että kumpi tiloista on korkeampi ja kumpi matalampi riippuu magneettikentästä.

Muita esimerkkejä:

Statistisen fysiikan klassinen esimerkki on se, että neutronin ja protonin voi käsittää saman hiukkasen kahdeksi eri tilaksi. Jos nyt tätä asiaa sovelletaan tähän tilanteeseen, niin kun protoneja on enemmän kuin neutroneja lämpötila on positiivinen ja kun neutroneja on enemmän kuin protoneja lämpötila on negatiivinen.

Nyt samanlaisen tarkastelun voi tehdä myös kvarkeille, jos ne käsitetään saman hiukkasen kahdeksi eri tilaksi.

Vetyatomi; Elektronilla on perustila ja vitystiloja, mutta voi tapahtua myös ionisaatio. Ionisaatio tarkoittaa myös kineettistä energiaa ja sitä, että kokonaisenergia ei ole rajattu. Eli tässä pitäisi tehdä jotain rajatumpaa tarkastelua.

Lue lisää

Kirjoitat uskomatonta paskaa.

trollit-pois kirjoitti:

Kirjoitat uskomatonta paskaa.

Eli sun mielestä nykyfysiikka pitäisi kirjoittaa uudestaan?

JA51 kirjoitti:

Niin siis kannattaa huomata, että lämpötilan voi määritellä myös osasysteemille.

Ja myös se, että negatiivinen lämpötila vaatii sen, että kokonaisenergia on rajattu.

Ja myös se, että kineettistä energiaa voi aina lisätä eli kineettisellä energialla ei ole ylärajaa.

Esimerkki. kasa elektroneja magneettikentässä:

Elektronille voi antaa kuinka paljon kineettistä energiaa tahansa. Tämä tarkoittaa sitä, että systeemin kokonaisenergia ei ole rajattu, joten systeemin lämpötila ei voi kokonaisuudessaan olla koskaan negatiivinen.

Nyt elektronilla on myös spin. Spinin arvo voi olla joko ylös tai alas eli tiloja on kaksi. Nyt magneettikentän olemassa olo tarkoittaa sitä, että toinen näistä tiloista on energialtaan korkeampi kuin toinen. Nyt siis spiniin liittyvä energia on selkeästi rajattu, koska tiloja on vain kaksi. Joten spiniin liittyvä lämpötila voi olla myös negatiivinen. Eli negatiivinen (spin)lämpötila on silloin kun korkeampi energisellä tilalla olevia elektroneja on enemmän.

Ja nythän negatiivisen lämpötilan voi saada aikaiseksi muuttamalla magneettikenttää, koska se, että kumpi tiloista on korkeampi ja kumpi matalampi riippuu magneettikentästä.

Muita esimerkkejä:

Statistisen fysiikan klassinen esimerkki on se, että neutronin ja protonin voi käsittää saman hiukkasen kahdeksi eri tilaksi. Jos nyt tätä asiaa sovelletaan tähän tilanteeseen, niin kun protoneja on enemmän kuin neutroneja lämpötila on positiivinen ja kun neutroneja on enemmän kuin protoneja lämpötila on negatiivinen.

Nyt samanlaisen tarkastelun voi tehdä myös kvarkeille, jos ne käsitetään saman hiukkasen kahdeksi eri tilaksi.

Vetyatomi; Elektronilla on perustila ja vitystiloja, mutta voi tapahtua myös ionisaatio. Ionisaatio tarkoittaa myös kineettistä energiaa ja sitä, että kokonaisenergia ei ole rajattu. Eli tässä pitäisi tehdä jotain rajatumpaa tarkastelua.

Lue lisää

Tarkemmin se miten neutroneista ja protoneista päästään negatiiviseen lämpötilaan.

Nyt tietenkin neutronin muuttumiseen protoniksi ja toisin päin tarvitaan myös muita hiukkasia, mutta jos tilanne on se, että niitä muita hiukkasia on vapaasti saatavilla voidaan protoni ja neutroni käsittää saman hiukkasen kahdeksi eri tilaksi.

Nyt protoni on näistä kahdesta kevyempi. Joten protoni on alempi energiatila. Neutroni on taasen massojen erotusta verran korkeampi energiatila.

Joten protoni tilan energia E.0=0 ja neutroni tilan energia E.1=delta mc^2=2.067*10^-13J

Partitiofunktio:

z=e^(-(1/kT)*E.0) e^(-(1/kT)*E.1)=1 e^(-(1/kT)*E.1)

todennäköisyys löytää protoni:

P(p)=e^(-(1/kT)*E.0)/z=1/z

todennäköisyys löytää neutroni:

P(n)=e^(-(1/kT)*E.1)/z

Nyt jos lämpötila T=0. Niin todennäköisyys löytää protoni P(p)=100% ja todennäköisyys löytää neutroni P(n)=0%

Jos lämpötila nostetaan lämpötilaan T=ääretön. Niin vastaavat todennäköisyydet ovat 50-50 aavistuksen verran protonien hyväksi.

Eli kun lämpötila on välillä 0 -- plus ääretön on protoneja aina enemmän kuin neutroneja.

Mitäs jos onkin tilanne, että neutroneja on enemmän kuin protoneja?

Samat kaavat, mutta nyt lämpötilan kohdalla onkin lukuja väliltä miinus ääretön -- -0.

Painu vajakki vittuun täältä, kun et mistään mitään ymmärrä!

Joskus näkee väitettävän, että gravitaatioenergia on negatiivista. Mutta eikö kyse ole vain nollakohdan määrittelystä tässäkin.

Väitetään, että tyhjiökin kuhisee virtuaalisia hiukkasia, jotka elävät vain epämääräisyysperiaatteen salliman ajan. Epämääräisyysperiaatteen mukaisesti tyhjiönkään energia ei voi olla jämpti nolla, koska silloin se olisi täsmällisesti tunnettu.