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光压公式p=u/3是一个热力学物态方程吗？《热统》教学手记第4篇: 热度 6 qhliu 2018-10-17 16:40; 进度：第四次课： § 1.18- § 2.2 ( 含 § 1.18 的部分内容 ) ；第五次课： § 2.3- § 2.6；第六次课： § 2.6- § 3.1 ( 其中含 § 2.4 , § 2.6 中的部分内容 ) 。教材：汪志诚《热力学统计物理》 ( 第五版 ) ，共 48 课时。希望每周一志，看来只能平均每周一次。本篇是第四志。同学提问 1 ，热统是一门理论课，为什么你至始至终都在谈实验 ? 到底是实验重要还是理论重要 ? 2 ，化学势是否能从分子之间的力或者能量转化中找到来源 ? 3 ，有两个能态关系：$\\partial$ U / $\\partial$ V ) T , $\\partial$ H / $\\partial$ p ) T 。另外还有两个类似的关系 $\\partial$ U / $\\partial$ p ) T , $\\partial$ H / $\\partial$ V ) T 。为什么不说四个能态关系？为什么需要引入自由能、吉布斯函数等这些热力学量？自由能、吉布斯函数等热力学函数的引入，似乎有些无厘头。热力学一系列的变换就更加没有头绪。全部热力学变换，都是指向实验效应或者深层次的联系。换言之，全部热力学表达式的终极目的只有两个。第一，可以检验的实验效应。第二，建立起两个实验结果之间的联系。如果不引入自由能、吉布斯函数等这些热力学量，我们会从实验上发现如下经验规律，但是无法理解。第一类：一个相对变化量，实验可以给出一系列的数据点，但是不知道这些点和物态方程之间的联系，即使联系起来，也无法理解。例如， $\\partial$ T / $\\partial$ p ) S 。第二类，两个相对变化量，实验可以给出两个的数据点系列，说不定还可以给出他们之间的对应关系，但是无法理解。例如磁致收缩 $\\partial$ V / $\\partial$ H ) p ,压磁效应 $\\partial$ M / $\\partial$ p ) H 。热力学教材中全部热力学变换方法只有两类在热力学中，对于简单的 pVT 系统，只有两类量可以直接用实验检验，或者直接用实验获得：一类是物态方程 f(p,V,T)=0 ；一类是热容量，例如定压热容量 C V =T $\\partial$ S / $\\partial$ T ) V 。在热力学的数学推导，只涉及两类变换，一个是 Maxwell 关系；一个是三个变量间的三个循序变量偏导数相乘等于 -1 。开放性问题理想气体是无法液化的气体吗？或者，理想气体在温度接近零度时，依然存在吗？牛角尖电磁学中推导出来的光压公式 p=u/3 ，不包含温度，不是一个热力学物态方程。热力学物态方程必须在不同的温度下做才能获得，例如顺磁质的居里定律 m=cH/T ，理想气体定律 pV=nRT 等等。电磁学中推导出来的光压公式 p=u/3 可以当成零温结果，而热力学的物态方程必须是 p(T)=u(T)/3 。这当然可以从统计物理推导出来，也可以从斯特藩 - 波尔兹曼定律推出来。光压实验的温度是光场的温度，不是环境温度。电磁学的实验，是一个力学实验，不是热力学实验。有人可能会认为，可以从热力学推出 u=u(T) 。但是，依然推不出p(T)=u(T)/3。两篇论文 1 ，虚位移之 “ 虚 ” 表现何在 ? ( 教科书用虚变化来求平衡和稳定性条件，那么何谓“虚”变化？ ) 2016 大学物理虚位移之虚表现何在.pdf 2 ，从磁介质热力学领悟基本物理量的不可测量性从磁介质热力学领悟基本物理量的不可测量性.pdf (可以从《大学物理》官方网站下载：http://dxwl.bnu.edu.cn/CN/volumn/home.shtml) ———————— 1 ，《热统》教学手记第 1 篇：温度与功 2 ，《热统》教学手记第 2 篇：热力学第二定律卡诺定理 3, 《热统》教学手记第 3 篇：熵和热力学温度必须同时定义; 个人分类: 大学教育|11689 次阅读|24 个评论

南开大学光驱魔术忽悠住了全世界，却栽在了科学网: 热度 41 laserdai 2015-6-24 00:18; 今天忍不住，杀个回马枪。南开大学的光驱动材料，发表在自然-光子学上（nature photonics),国内媒体一片热吵，包括那个CCTV，相关博文：南开大学科研团队研制出“光驱动”石墨烯材料南开大学的石墨烯材料可以实现“光驱动”空间飞行吗？我国研制出“光动”材料可用于无燃料宇宙飞船中国新材料获千倍传统光压可用于星际航行凭个人对天对地的良心，学术知识和多年科技工作经验，把手放在某本书上而不是一打钞票上，说明几点： 1。这个是彻头彻尾的科技魔术，玩了很多科技界正儿八经认真的人士，顺便包括世俗媒体忽悠下的普通大众。 2。所谓的太空驱动是彻头彻尾的嚄头，这里有关博文已经澄清了（姬扬博主随便谈谈“光驱动石墨烯材料” ）。 3。中国科学人能玩弄到这个地步（忽悠一下全世界），难能可贵！可喜可贺！真心祝福。 4。书中暗表，这些人真的不懂物理，如果谁还把这个魔术当真，那就是永动机事件。 5。我以前说过：科学网—Nature就是耍帅女，在乎的只是眼球吸引率 blog.sciencenet.cn/blog-99360-652805.html 这次碰巧遇到了一个鲜明的证据。 6。这招魔术根本糊弄不住科学网，栽了！有关博文已经扒得体无完肤。姬扬：随便谈谈“光驱动石墨烯材料” 洪建辉：光驱动石墨烯材料”之我见陈学雷：用石墨烯实现“光驱动”飞行？等等。《天龙八部》上说，有一种毒花，它的解药就是一种草，长在毒花附近的地面上。这竟然是真的。在英国，有一种毒草（下图左），到处都是，不小心刮了皮肤又疼又痒，甚至起疙瘩。如何治疗？清凉油的确有用，但英国几乎没有，怎么办？毒草旁边（10 米之内）一定会有另一种植物，摘一片叶子稍微揉揉，敷在皮肤上，难受的感觉立马消失，很快痊愈（下图右）。这个世界就是很奇妙，巧合太多了！常言说魔高一尺道高一丈！当魔高一尺的时候，发现道高一丈已经树在哪里了，这不是很大的幽默吗？其实，真正揭示这个南开魔术本质的博文，在这个论文发表（ 6月15日）之前两个月就已经发表了（4 月7日）。张江敏：光压----记一个美丽的误解， 2015-4-7 在（密西根大学物理系的）玻璃橱窗里，一个小灯泡照射着一个玻璃器皿，里面有个风扇正呼呼旋转！这是展示光压的实验！我这么想。光压是非常微弱的（分母上有光速），可是这个风车转得这么欢快轻松，这背后的工程技术得多高啊。这里的摩擦系数应该是惊人地小。当时晴空万里，阳光灿烂，我步行在校园里，感觉美国是如此新奇，美国是如此神奇！（当时也被魔术忽悠住了！）可是，离开美国若干年后，我才发现，这应该只是一个美丽的误会。这个仪器展示的不是光压，而是一种利用光能的热机。这个仪器有个专门的名字叫Crookes radiometer(辐射计)。其发明人便是Crookes爵士，发明时间是1875。Crookes对真空管的发展贡献很大，这便为他发明以他命名的辐射计，也就是我看到的那个玩意，提供了基础。这玩意是这样的，里面的风车的每一片叶子的正反面是不同的，一面为银白色，一面是黑色，也就是一面高反射，一面高吸收。然后容器里的真空度不是太高，太高了或者太低了风车就转不起来了。所以，从真空度不能太高这点就可以看出，风车转动的原因不是因为光压，里面的气体分子肯定扮演了重要角色。不过，Crookes当年不是这么想的，他认为他发现了光压。在今天看来，这个想法明显错误。在Crookes辐射计里，风车转动的方向是，黑色的一面远离光源。可是，按照今天的物理学知识，光子被反射的话，传递给叶面的动量是光子被吸收传递的动量的两倍，也就是应该是银白色的一面远离光源。那么Crookes辐射计的原理究竟是什么？这个问题貌似到今天都没有完全搞清楚。一个比较合理的说法是这样的，正反两面因为对光的吸收不同，所以肯定存在温度差。黑色的一面温度相对较高，所以打在上面的分子在离开的时候获得的动量相对较大，也就是传递给叶面的动量相对较大。不管怎样，Crookes辐射计证明的不是光压的存在，证明的是光的存在。其制作其实很简单，对技术的要求其实不高，却能生动地展示光能可以转化为机械能。貌似其广泛地存在于各大学演示实验室。可惜的是，我虽然在武大演示实验室混过，却在那从来没见过。有兴趣的，也许可以在网上买到，比如德国这边amazon上，一个才30欧元左右。可以先看一个视频。历史上第一个被人接受的证实光压存在的实验是俄国人Lebedev在1901年做的。到今天，人们对光与物质的相互作用已经大大加深。光能够传递动量给物质已经是基本常识。最有名的利用光压的实验莫过于激光冷却了。现在很热门的所谓光机振子也是利用光压。注释：激光冷却是一门技术，使用这门技术才有可能把原子冷却到豪开尔文到纳开尔文，非常接近绝对零度（0开尔文）。这项技术获得过诺贝尔奖，得奖人是美国华人朱棣文（Steven Chu），后来还做过能源部长。到此，博文结束了，读者你感到幽默没有？; 个人分类: 科普|86640 次阅读|124 个评论

光子失踪之谜(二): tyctyc 2015-2-14 21:47; 前博文讲了单缝间的光子有非线性减少 http://blog.sciencenet.cn/blog-531273-746806.html 。后来又用HeNe激光做了一个实验：用线偏振光穿过0.01mm宽的单缝(厚6mm)，偏振方向与单缝平行时，穿过单缝的光照度是偏振方向与单缝垂直时的15倍。光子为什么能认单缝方向？用太子弦模型就能合理解释。这里要问的是光子最后到哪里去了？反射定理讲可见光的入射角等于反射角，这只在光子反射前后能量不变时才能得到，人们现在的确测不出反射光的能量变化，所以认为反射定理是对的。列别捷夫测光压时，发现反射镜旋转角是不反射的黑镜的两倍，黑镜吸收N个光子，一个光子的动量是P(对2.3ev的光子，P=1.23 牛顿秒)，黑镜得到的动量是NP，反射镜得到的动量是2NP=NP-(-NP)。阳光照到地球上每平米上每秒平均有3.68 个光子(2.3ev)，它们产生的光压0.47 。如果反射后光子能量不变，就违反了能量守恒定律，这里反射镜成了永动机：不吸收光子白白获得动量(能量)。只有反射后光子能量减小，反射镜才会得到能量，一个光子能量变化太小无法测，这个实验是用多光子反射后的动量变化间接证明了反射后光子能量变小。光子碰到电子才能被反射，能量大的光子在离电子中心较近的地方被反射，能量小的光子在离电子中心较远的地方被反射。光子每次反射都要损失能量，光子反射后能量(动量)变小但速度不变，所以在反射定理中入射角近似等于反射角，反射镜得到的动量是近似2NP。光子在介质中速度是c/n，n是介质的折射率，光子在1秒内就能在电子间反射大约至次，光子在电子间反射很多次损失能量变成红外辐射，所以可见光进入介质1 秒内就变成红外辐射，这就解释上面讲的光子最后到哪里去了。这也是白天进入大气层的阳光到夜晚就完全看不到的原因（实际上是1 秒内）。量子力学的解释不合理，因可见光不能将空气的电子激发，并且它不承认电子在运动。; 个人分类: 色散|1306 次阅读|0 个评论

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