打开APP
userphoto
未登录

开通VIP,畅享免费电子书等14项超值服

开通VIP
超导现象有违反热力学第二定律吗?为什么?

先明确回答,肯定没有。目前尚未发现违反热力学第二定律的现象。

根据热力学第二定律,对于一个孤立系统,体系的熵是恒增加的,也就是说封闭系统的状态数总是在增加,趋于无序状态。当一个系统的热力学参量发生突变的时候,物理上往往就称其发生了热力学“相变”,系统从一个状态相转化成了另一个状态相,例如水变冰或水变成水蒸气,都是相变。根据相变有无潜热,可以把相变划分为一级相变和二级相变等,一级相变过程会伴随热量的变化,二级相变是连续相变,并不会有相变潜热。

超导现象发生后,材料的电阻突降为零,体内磁感应强度也变为零。在热力学上,超导也是一种热力学相变。在零场下,超导相变是二级热力学相变,在有场情况下,超导相变是一级相变。因此,在零场下测量超导体比热(热量的导数)会发现超导现象的出现,伴随着比热的跃变发生——超导态的比热会突然增加。而且,这个比热跃变来源于材料内部的电子体系,即电子的比热发生了跃变,并非材料的晶体结构和晶格比热发生突变。因此,超导现象的发生实际上是材料内部电子体系的一种相变过程。

将正常态和超导态下的比热/温度值对温度进行积分,就可以得到系统熵对温度的依赖关系。超导态的熵要低于正常态,且越到低温差距越大。也就是说,超导相变是电子体系熵减小的过程,电子系统从相对无序态进入到了有序态。超导态对应系统的自由能减少,即超导态是材料中电子体系的一种低能凝聚现象,超导态又被称为一种“宏观量子凝聚态”。从这一点来看,似乎超导相变后熵减小了,有违热力学第二定律。其实,这只是针对电子体系而言的。超导相变最重要的特点就在于,单靠电子体系自身,并不能形成超导态,否则例如二维自由电子气也能超导了。对于传统金属超导体而言,电子要实现超导,还需要借助原子晶格,即交换原子晶格振动的能量量子——声子来实现弱吸引相互作用,形成库伯电子对。恰恰是因为这一点,超导微观理论BCS理论中的超导波函数乍一看是粒子数不守恒的,把它看做“孤立系统”显然是错误的。因此,考虑到原子晶格和环境(降温)的因素,超导相变并没有违背热力学第二定律。

本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请点击举报
打开APP,阅读全文并永久保存 查看更多类似文章
猜你喜欢
类似文章
【热】打开小程序,算一算2024你的财运
超导“小时代”(11):群殴的艺术
超导体从一般状态相变到超导态的过程中会产生一种对磁场的排斥现象,
超导“小时代”之十二:形不似神似
违反常规的现象:超导!了解一下超导磁体和超导的原理吧!
奇异的低温世界 超导与超流
21℃的室温超导真的要来了?让子弹再飞一会儿
更多类似文章 >>
生活服务
热点新闻
分享 收藏 导长图 关注 下载文章
绑定账号成功
后续可登录账号畅享VIP特权!
如果VIP功能使用有故障,
可点击这里联系客服!

联系客服