Создай анкету
или войди через

Вселенная

Наука и техника, Открытое сообщество, Создано 18.10.2018
Всего: 143 участника
Сейчас онлайн: 20 участников
Почему при низких температурах закон Клайперона- Менделеева не выполняется?
Для начала вспомним принцип запрета Паули: одну орбиталь в многоэлектронном атоме одновременно могут занимать не больше двух электронов с различным спином, собственным моментом импульса.
Ионизация атома есть процесс сообщения электрону энергии (обозначаемой E),большей,чем некая величина (обозначим z), обеспечивающий отрыв от атома. В итоге атом становится положительно заряженным ионом, электрон становится свободной частицей с кинетической энергией= E- z.
В ионизованном разреженном газе число электронов меньше числа доступных энергетических состояний . Потому электроны свободно их занимают,- не действует запрет. Давление этого идеального газа по закону Клайперона- Менделеева прямо пропорционально плотности и температуре. По идее, давление электронного газа должно стать нулевым при T=0. В физике где нулевая температура, там полная неподвижность частиц. Получаем противоречие принципу Паули. Его суть: не могут остановиться одновременно все электроны,так как это возможно лишь если они все имеют нулевую одинаковую энергию. Вывод: при слишком низкой температуре закон Клайперона- Менделеева не работает. Данный факт давно установлен учеными. При T=0 электроны в газе, внутри атома попарно занимают уровни с возрастающей энергией. Итог: все уровни заняты электронами,энергия которых от нулевой до энергии Ферми. Потому и при T=0 почти все электроны находятся в движении, и давление газа не равно 0.
Если нагреваем газ,передавая ему тепло для увеличения энергии каждой частицы на величину дельта( то есть, разница) E,то в классическом газе в итоге видим рост температуры на дельта T= дельта E/ k. Что такое k? Это постоянная Больцмана= 1,67*10 в минус 23 степени Дж/ K. А если это вырожденный газ? Электрон перейдет только на незанятую орбиту. Причем, если дельта E меньше энергии Ферми, то перейти на более высокий уровень могут только электроны, изначально бывшие на верхних уровнях. Вывод ученых : это причина, по которой давление вырожденного газа медленнее растет с температурой,чем по закону Клайперона- Менделеева. А если дельта E больше энергии Ферми, то все электроны могут перейти на высокие орбиты. Что дальше? Столкновения электронов друг с другом с перераспределением энергии. Итог- часть электронов перейдет на более высокие уровни, другая часть- на нижние. Плотность заполнения орбит снизится, получим классический газ. Классический газ становится вырожденным при снижении температуры до температуры Ферми= энергия Ферми/ постоянную Больцмана. Если температура больше, то газ подчиняется закону Клайперона- Менделеева; если меньше, то газ становится вырожденным.
Зачем мы вспоминали о классическом, о вырожденном газе,если говорить о звездах, планетах во Вселенной намного занимательнее? Чтобы яснее представлять себе нашу Вселенную. Например, у звезд большой массы главной последовательности (скажем,Солнце), электронный газ в ядре не вырожден. А у планет- гигантов типа Юпитера, у звезд малой массы, у белых карликов электронный газ вырожден. Ионный же газ в звездах невырожденный.
Елена, 53
2
29
0
Елена, 53 Барнаул
# ×
24 октября 2019 в 16:32
В нейтронных звездах при высокой плотности по мнению ученых существует газ из свободных нейтронов. Ионный нейтронный газ вырожден, имеет те же свойства,что и вырожденный электронный газ.
-1
Ольга💖, 46 Иркутск
# ×
24 октября 2019 в 16:40
Мамадорогая! Это почти как дочь с зятем на рабочие темы говорят 😒 Или с сыном какие-нибудь теории обсуждают) Мой мозг вскипает)))) Но честно-честно прочитала...
Ваше имя
Эл. Почта
Начать
Администрация
Елена, 53Барнаул Администратор