§18-8  热力学第三定律

         一、获得超低温的有效方法

         这里所要讨论的系统是均匀的各向同性的顺磁介质,在匀强磁场的作用下,介质被均匀磁化。根据§12-4所得到的结论,外界为使体积为V的磁介质磁化,所作的元功为VHdB,利用关系式B = m 0(H +M ),该元功可以表示为

       VHdB = Vm 0 HdH + Vm 0 HdM = .

式中右边第一项是外界为在磁介质中激发磁场所作的功,第二项是外界为使整个磁介质产生磁化强度M所作的功,大家感兴趣的正是这后一部分功,所以

                    dA = m 0 Hd(VM) = m 0 HdM ,             (18-69)       

式中

                            M = VM ,

代表系统的总磁矩。将式(18-69)与膨胀功pdV 相比较,可以得到下面的代换形式

                      -m0 H Þ p,   M Þ V.                   (18-70)

如果忽略磁介质在温度变化和磁化过程中体积的变化,于是热力学基本方程可以表示为

                        dU = TdS + m0 H dM .               (18-71)         

仿照定压热容Cp 可以引入CH ,表示磁场不变时磁介质系统的热容

                           .                  (18-72)

对于顺磁介质,其磁化率遵从居里定律

                             ,                     (18-73)

式中C是居里常量。对于各向同性的顺磁质存在下面的电磁学关系

                         .              (18-74)

此式在热力学中就是顺磁质系统的物态方程。利用以上各式和其他热力学关系,可以得到下面的重要公式

                        ,              (18-75)

式中角标S表示绝热过程。由于上式右边为正值,左边也必定为正值,所以在绝热条件下减小或撤除磁场时,顺磁介质系统的温度必定相应地下降。这种降温的方法称为绝热去磁法,是获得1 K以下超低温的有效的和基本的方法。20世纪90年代初,科学家用这种方法获得了(2~0.8)´10-9 K的超低温。

       
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