Автор Тема: КМ - это микро термодинамика  (Прочитано 479 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн AK III

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 1237
  • Страна: ua
  • Рейтинг: +791/-1212
КМ - это микро термодинамика
« : 16 Сентябрь 2011, 15:29:52 »
Почему электрон или атом или любая частица поглощают энергию света пропорционально частоте?

Внешнему наблюдателю кажется, что это признак существования квантов, а на самом деле - это самая обыкновенная термодинамика!

Действительно, вспомним, что световые колебания - это в первую очередь переносчики температуры, а ,согласно законам термодинамики, энергия не может передаваться от менее нагретого тела к более нагретому.
Т.е. любой осциллятор, после того как он синхронизируется с внешним излучением перестанет получать от него энергию.
Т.е. максимальная энергия, которую может передать излучение осциллятору - это та , которой соответствует температура излучения, которая равна произведению константы на частоту.
Вот что такое "квант энергии" - это всего навсего температура этого света и именно столько энергии он и передаёт любой частице.

Передача энергии меньшей кванта света возможно , но для этого время излучения должно быть очень мало, пока что мы не можем создавать такие короткие импульсы.

Большой Форум

КМ - это микро термодинамика
« : 16 Сентябрь 2011, 15:29:52 »
Загрузка...

Оффлайн AK III

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 1237
  • Страна: ua
  • Рейтинг: +791/-1212
Re: КМ - это микро термодинамика
« Ответ #1 : 17 Сентябрь 2011, 18:54:05 »
Буду здесь собирать различные мысли по альтернативному объяснению квантовых эффектов , классическими законами термодинамики.

Что такое Эффект Комптона.
Никто не рассеивал свет на одиночном электроне.
Если же брать группу электронов, то они могут вести себя как идеальный газ и соответственно иметь температуру.
Если температура электронного газа меньше температуры излучения, то газ будет нагреваться этим излучением (в соответствии с законами термодинамики), при этом средний импульс (по модулю) электронов увеличится, а частота света (температура) уменьшится.
Если температура газа больше частоты излучения, получаем обратный эффект Комптона.

Еще об электронном газе - поскольку заряд электрона здесь не экранирован, то электроны могут взаимодействовать друг с другом на гараздо большем расстоянии чем атомы ,то-есть, радиус "молекул" электронного газа во много раз превышает радиус атомов обычного газа и тогда даже про сильном разрежении электронного газа он может иметь все термодинамические атрибуты (давление, температура).

Оффлайн Фёдор Менде

  • /
  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 10541
  • Страна: ua
  • Рейтинг: +2093/-2639
  • Соловей разбойник тоже был не только лыком шит
Re: КМ - это микро термодинамика
« Ответ #2 : 17 Сентябрь 2011, 19:22:48 »
Об этом свидетельствует тот факт, что мощность излучения абсолютно чёрного тела пропорциональна четвёртой степени температура, а спектральная плотность излучения сдвигается в высокочастотную область при увеличении температуры.

Оффлайн AK III

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 1237
  • Страна: ua
  • Рейтинг: +791/-1212
Re: КМ - это микро термодинамика
« Ответ #3 : 17 Сентябрь 2011, 19:29:47 »
Лазерное охлаждение.
Мы знаем, что химические элементы имеют спектральные линии.
Если бы их не было, то спектр излучения нагретого тела имел бы вид спектра излучения абсолютно черного тела.
Которое, видимо, совпадает с распределением молекул в газе по скоростям.
Но при некоторых температурах излучательная способность газа резко повышается - это температуры соответствующие спектральным линиям.
Если бы можно было так упорядочить скорости молекул в газе, чтоб они имели преимущественно скорости/температуру совпадающую со спектральной линией газа, то излучательная способность газа резко бы увеличилась.

Лазерное излучение и есть тот самый синхронизирующий механизм.

Единственно, что возникает проблема - если синхронизировать газ светом лазера, совпадающего со спектральной линией, то ,наряду с испускательной способностью, на этой частоте у газа также возрастает и поглощательная способность.
И сколько газ будет тепла излучать - столько же он будет и поглощать и охлаждение если будет то не очень успешное.

Выход в том, чтобы синхронизировать молекулы газа частотой, которая находится ниже спектральной линии газа, таким образом мы получим распределение скоростей молекул в газе с максимумом на спектральной линии и в то же время внешнее излучение в эту спектральную линию не попадет.
Таким образом газ будет больше излучать, чем поглощать тепла и в конечном итоге охладится до крайне низких температур.

Оффлайн Stranger

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 8577
  • Страна: by
  • Рейтинг: +2929/-505
  • Пол: Мужской
Re: КМ - это микро термодинамика
« Ответ #4 : 17 Сентябрь 2011, 19:56:33 »
Об этом свидетельствует тот факт, что мощность излучения абсолютно чёрного тела пропорциональна четвёртой степени температура.
Что непосредственно следует из квантовой статистики фотонов. Сама константа пропорциональности в законе Стефана - Больцмана (сигма T^4) получается квантомеханически  и в эту константу входит квантовая постоянная планка.
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D0%A1%D1%82%D0%B5%D1%84%D0%B0%D0%BD%D0%B0_%E2%80%94_%D0%91%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D1%86%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%B0 , а также Т.5 теоретической физики "Статистическая физика".
« Последнее редактирование: 17 Сентябрь 2011, 20:04:56 от Stranger »
— Nationality? — Russian. — Occupation? — No, no, just visiting.

Hам "демократия" дала
Свободу матерного слова.
Да и не надо нам иного,
Чтоб описать её дела...

Оффлайн AK III

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 1237
  • Страна: ua
  • Рейтинг: +791/-1212
Re: КМ - это микро термодинамика
« Ответ #5 : 17 Сентябрь 2011, 21:04:27 »
"Ультрафиолетовая катастрофа" следовала из "теоремы о равнораспределении кинетической энергии по степеням свободы" - энергия равномерно распределяется по степеням свободы.

Однако эта теорема была ошибочно применена к излучению - как "бесконечномерной динамической системе" с бесконечным числом степеней свободы.
Однако, статистика для бесконечномерных систем не имеет смысла (см. "Парадокс Бертрана").
Нельзя вообще делать никаких статистических выводов о бесконечно-мерных системах и вообще рассматривать таковые в статистике.
Любая попытка рассмотреть подобную систему неизбежно приведет к ошибкам.
В частности, нельзя рассматривать излучение бесконечно черного тела как некую абстракцию, у каждой степени свободы может быть свой собственный вес - без определения веса каждой степени свободы какие-то выводы бессмысленны.

А правильно рассматривать излучение бесконечно черного тела надо представляя его как излучение идеального газа в котором присутствуют фракции газов , нагретых до разных температур.
Тогда плотность каждого вида газа будет равна количеству молекул, движущихся со строго определенной скоростью.

Это распределение (Максвелла-Больцмана) известно и его график примерно совпадает с графиком излучения абсолютно черного тела.

Т.е. это все была неправильная статистика а никакая не "Ультрафиолетовая катастрофа".

Оффлайн Фёдор Менде

  • /
  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 10541
  • Страна: ua
  • Рейтинг: +2093/-2639
  • Соловей разбойник тоже был не только лыком шит
Re: КМ - это микро термодинамика
« Ответ #6 : 17 Сентябрь 2011, 21:19:14 »
"Ультрафиолетовая катастрофа" следовала из "теоремы о равнораспределении кинетической энергии по степеням свободы" - энергия равномерно распределяется по степеням свободы.

Однако эта теорема была ошибочно применена к излучению - как "бесконечномерной динамической системе" с бесконечным числом степеней свободы.
Однако, статистика для бесконечномерных систем не имеет смысла (см. "Парадокс Бертрана").
Нельзя вообще делать никаких статистических выводов о бесконечно-мерных системах и вообще рассматривать таковые в статистике.
Любая попытка рассмотреть подобную систему неизбежно приведет к ошибкам.
В частности, нельзя рассматривать излучение бесконечно черного тела как некую абстракцию, у каждой степени свободы может быть свой собственный вес - без определения веса каждой степени свободы какие-то выводы бессмысленны.

А правильно рассматривать излучение бесконечно черного тела надо представляя его как излучение идеального газа в котором присутствуют фракции газов , нагретых до разных температур.
Тогда плотность каждого вида газа будет равна количеству молекул, движущихся со строго определенной скоростью.

Это распределение (Максвелла-Больцмана) известно и его график примерно совпадает с графиком излучения абсолютно черного тела.

Т.е. это все была неправильная статистика а никакая не "Ультрафиолетовая катастрофа".


Вы совершенно правы, что системы с выделенными спектральными линиями не подпадают под статистку Больцмана, и здесь нужны другие подходы с учётом весовых коэффициентов. К таким системам относятся все лазерные вещества, как газообразные, так и твёрдые, когда у них наблюдаются выделенные спектральные линии поглощения или излучения. Пример тому рубин. Но в большинстве случаев твердые тела можно отнести к разряду абсолютно чёрных, так как при нагревании такие линии не наблюдаются. Это связано с тем, что в отличие от газа, где атомы почти свободны, в твёрдых телах существует сильная связь между атомами, что и делает невозможным их свободные колебания. 

Оффлайн AK III

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 1237
  • Страна: ua
  • Рейтинг: +791/-1212
Re: КМ - это микро термодинамика
« Ответ #7 : 17 Сентябрь 2011, 21:49:10 »
Да, только имеется ввиду, что статистик "непрерывных распределений" не бывает.
Любая статистика должна быть дискретна, поскольку она основана на комбинаторике.
А с "непрерывной статистикой" можно сделать что угодно , например, поделить шар на части и из этих частей собрать два шара (как в топологии математики развлекаются).
В КМ ввели дискретность и такая "дискретная статистика" уже была застрахована от ошибок тем, что была дискретной.
Поэтому расчеты КМ и дают правильный результат.

Оффлайн AK III

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 1237
  • Страна: ua
  • Рейтинг: +791/-1212
Re: КМ - это микро термодинамика
« Ответ #8 : 18 Сентябрь 2011, 15:23:22 »
Продублирую здесь свой ответ из темы про фотоэффект.
1) Если бы выбивание электронов было связано с резонансами, то зависимость фототока от частоты имела бы резонансный характер, имела бы максимумы на определенных частотах. Однако эксперимент показывает отсутствие таких максимумов фототок порождают все частоты выше красной границы.

2) Если бы выбивание электронов было связано с волной, то на набор электронами нужной энергии требовалось бы определенное время, так сказать, время «раскачки», неважно при резонансе или просто вынужденными колебаниями. Все знают, качели нельзя раскачать мгновенно. Расчеты показали, что для волны время между началом освещения металла и началом вылета электронов должно быть порядка секунд, а то и десяти секунд. Между тем из опыта следует, что t<10-9 c. Это иногда называют безинерционностью фотоэффекта. Именно это и не может объяснить волновая теория света.

3) Согласно второму закону фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.
В волновой теории интенсивность световой волны, т.е. энергия, которую передает волна электронам, определяется амплитудой колебаний напряжённости Е (точнее ее квадратом), а не частотой света. Таким образом, согласно волновой теории света кинетическая энергия фотоэлектронов должна возрастать с увеличением интенсивности света, падающего на металл. Что противоречит опыту

4) Согласно третьему закону фотоэффекта, для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота света ν0 (или максимальная длина волны λ0), при которой ещё возможен фотоэффект, и если ν < ν0, то фотоэффект не происходит.
Из волновой теории (см. пункт 3) следует, что энергию, необходимую для вырывания электронов из металла, способно дать излучение любой частоты, если его интенсивность достаточно велика, т.е. что фотоэффект может вызываться световым излучением любой частоты. Это противоречит второму закону.

5) Если бы все электроны вылетали из металла, когда их накопленная энергия превысит работу выхода, то скорость таких электронов (кинетическая энергия Eкин) была бы близка к нулю. В то время, как эксперимент подтверждает закон Эйнштейна
Eкин = hν – Aвых  
Величина  hν в волновой теории появиться никак не может и с точки зрения этой теории смысла не имеет

Любой человек, который хочет вернуться к волновому объяснению фотоэффекта, показавшему свою несостоятельность еще 100 лет тому назад, должен сначала объяснить указанное.

Квантовая теория прекрасно объясняет все экспериментальные особенности фотоэффекта и альтернативы ей пока что нет

1) Не резонансы, а простой нагрев.
2) Какие это расчеты ,показывающие секунды на раскачку?
Возможно там ошибка закралась.
К тому же, в металле могут существовать электроны уже имеющие некоторую повышенную скорость (как в любом газе существовать молекулы имеющие энергию выше среднего) вот эти электроны и начнут вылетать сразу после начала облучения.
А измерять надо не начало фотоэффекта, А время выхода тока на максимальный уровень.
3) Кроме волновой теории есть еще законы термодинамики, которые запрещают передачу тепла от тела с меньшей температурой (частотой колебаний) к телу с большей температурой (частотой).
Как только частица нагревается до частоты света, так сразу она перестаёт принимать энергию.
Возможно при этом она переизлучает эту энергию как в лазерах - в том же направлении или становиться совершенно прозрачна для любого излучения меньшей или равной частоты собственных колебаний.
Но в любом случае, получить энергию от света фиксированной частоты частица не может, хоть какая там у этого света амплитуда.
4) То же самое, свет низкой температуры не может нагреть частицу до температур при которых возникает фотоэффект.
Второй закон термодинамики.

Оффлайн AK III

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 1237
  • Страна: ua
  • Рейтинг: +791/-1212
Re: КМ - это микро термодинамика
« Ответ #9 : 18 Сентябрь 2011, 15:23:41 »
5) Если в процессе "разрыва связи с атомом" электрон потратил часть своей энергии на преодоление связи, то тем самым он охладился до более низкой температуры, чем температура излучения и ,следовательно, стал снова ""восприимчив" к нагреву.
Ничто не мешает теперь электрону вновь быть нагретым светом до предельной температуры.
Т.е. все частицы под действием облучения приобретают температуру этого излучения.
И вылетающие электроны здесь не исключение.
Например, если мы кипятим воду , то можно представить как доказательство существования фотонов то, что температура вылетающего из кастрюли кипящего пара равна ровно сто градусов, и температура воды равна ровно сто градусов, - значит что молекулы воды получают энергию порциями? а вовсе нет -просто вода не может преодолеть стоградусный барьер, а вот энергия поступает непрерывно.

К стати, последний довод можно развернуть - если бы электроны получали энергию фиксированными порциями, то ,после того как часть энергии была бы потрачена на разрыв связей, их энергия на выходе имела бы некоторый разброс.
А еще электроны изначально имеющие повышенную энергию (ну не может же быть чтоб все электроны в металле имели бы строго одинаковую скорость) и на выходе из металла имели бы энергию превышающую энергию света.
Но т.к. все электроны на выходе имеют строго фиксированную энергию - этот факт доказывает что они получают эту энергию непрерывным способом, а не единоразово.

Оффлайн Alexpo

  • По науке
  • Глобальный модератор
  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 27136
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +3742/-2510
  • Пол: Мужской
Re: КМ - это микро термодинамика
« Ответ #10 : 18 Сентябрь 2011, 18:26:09 »
Я не буду сюда копировать ответ. Кому интересно

http://bolshoyforum.com/forum/index.php?topic=163425.msg2127704#msg2127704
Cogito, ergo sum
"По существу, конечно, никаких сил инерции нет, ни реальных, ни фиктивных". - Академик АН СССР Л.И. Мандельштам
"разделяют силы на «реальные» и «фиктивные» (силы инерции)" - нобелевский лауреат по физике Х. Юкава

Оффлайн Фёдор Менде

  • /
  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 10541
  • Страна: ua
  • Рейтинг: +2093/-2639
  • Соловей разбойник тоже был не только лыком шит
Re: КМ - это микро термодинамика
« Ответ #11 : 18 Сентябрь 2011, 18:34:37 »
А я скопирую:

Вы здесь не правы Алекспа. На нашем форуме, в отличие от Вашего, идёт творческая работа и в её процессе могут быть и ошибки. На Вашем же форуме абсолютный непроглядный мрак и мракобесие, кроме бездарей, проституток и учдуров, благодаря Вашей политике, там уже никого не осталось. Вы угробили один из лучших научных форумов Рунета. И за это придётся отвечать.

Большой Форум

Re: КМ - это микро термодинамика
« Ответ #11 : 18 Сентябрь 2011, 18:34:37 »
Loading...