光子化学势正负电子化学势 的結果 (無引號):
.化学势与费米能
金属里,对费米能的定义很简单,绝对零度下,电子根据Pauli Exclusion填充能态达到的最高能量。费米能即化学势。因为再填充一个电子,它不能处于更低能量,因为小于费米能的态都填满了,而只能开始从费米能 处开始填充。因此再填入一个电子,且尽可能使得系统总能量低(稳定),那么再填入电子填入的能量恰是费米能。根据化学势定义,添加一个粒子系统增加的能 量,可以知道,在金属里,添加一个电子,系统增加能量为费米能,从而常常把费米能叫做化学势。
金属里,对费米能的定义很简单,绝对零度下,电子根据Pauli Exclusion填充能态达到的最高能量。费米能即化学势。因为再填充一个电子,它不能处于更低能量,因为小于费米能的态都填满了,而只能开始从费米能 处开始填充。因此再填入一个电子,且尽可能使得系统总能量低(稳定),那么再填入电子填入的能量恰是费米能。根据化学势定义,添加一个粒子系统增加的能 量,可以知道,在金属里,添加一个电子,系统增加能量为费米能,从而常常把费米能叫做化学势。
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早期宇宙中的化学势问题- docin.com豆丁网
www.docin.com/p-347179431.html - 轉為繁體網頁2012年2月23日 – 早期宇宙中的化学势问题. ... 宇宙中的化学势问题早期宇宙中的化学势问题李泽军, 杨江河(湖南文理学院物理与电子科学系, ... 密度密度密度宇宙中的辐射或相对论粒子是由2.75 K的微波光子和1.96 K的残留中微子组成. ... 3 结论结论结论结论从整篇文章中可以看出, 化学势的正负, 以及化学势u与温度T相比的大小 ...
如果你在学习中遇到了“化学势”这个概念首先可能会想到查阅百科。结果如下:“化学势就是吉布斯自由能对成分的偏微分,化学势又称为偏摩尔势能。偏摩尔量 都是系统的强度性质,强度性质在物理化学中常写成偏微商的形式.” 这下可好,本来一个概念不懂,结果,一下子冒出好几个专有名词,如“吉布斯自由能”,“偏微分”,“偏摩尔势能”,“强度量”。这时你有两个选择,一个是 老老实实看《物理化学》和《固体物理》,另一个是拽出这些名词,不知不觉沦为和百科一样的专有名词的文盲。
下面的段落,旨在弥补这种“专有名词文盲式”的定义带来的理解不足。
1. 化学势µ与水势,电势
水势又叫水位,电势又叫电位。所谓水位,三峡大坝拦截的高水位的水,有倾向流入坝外的低水位区。为什么没有泄入?因为有水闸。水闸关闭,正如同电势高的地 方,由于电闸关闭,未形成回路,电流就没有流向低电位的地方。当闸门(水闸、电闸)开启时,水流或者电流就从水势或电势高的地方,流向地的地方。这样就有 了势的概念。
与之类比,化学势也有高低之分,也有“什么东西”从势高的地方流向势低的地方。那么这个与水流和电流相类比的是什么呢?答案是粒子。粒子从化学势高处,流入化学势低处。高低处的不同,可以是不同相(气相,液相),可以是不同粒子种类。
2. 化学势的定义
实际上,无论水流,电流,这样流动的原因,都是为了使系统达到一个能量最低的“最舒服”的态。化学势,就是给系统添加或者减少一个粒子,需要的能量。
3. 化学势和化学反应
顾名思义,化学势和化学有什么关系呢?考察如下简单的化合反应。
A + B ⇔ AB
假设一个系统(如溶液),能量为E0, 现在新丢进来一个A原子,一个B原子,怎么知道它们会不会合成为AB分子,抑或保持原子形式呢?
假设一个A原子能量为E_A。根据化学势定义,A原子的化学势,就是系统添加一个A原子所增加的能量,就是一个A原子的能量,写成式子为µA=E_A。同理, µB=E_B, µAB=E_AB.
如果A和B保持原子形式,则系统总能量为E0+µA+µB,如果AB结合,则系统总能量为E0+µAB。为了使得系统处于“最舒服”的低能量态, 系统会选择E0+µA+µB与E0+µAB的较小者。这样,如果µA+µB>µAB, 则E0+µAB较小,粒子倾向于保持AB分子的形式,即粒子从A和B(化学势高处)流向了AB(化学势低处)。反之亦然。总之,化学反应,从化学势高的“地方”流向化学势低的“地方”。这里,“地方”并不是空间,而指的是物质的形式:A与B原子结合形成AB,就是化学势从高处到低处,使得系统能量更低, 更稳定的过程。
4.化学势与相变
化学势虽然源于化学,但是其概念的应用非常广泛,一个例子就是相变过程。比如水的气态-液态相变。在常温常压下,水保持液态形式,可以推断出µ(液态H2O)<µ(气态H2O),即系统添加一个液态水分子增加的能量,比添加一个气态水分子的能量要少,系统倾向于稳定的低能量,从而水分子从µ的高处(气态)流向低 处(液态)。而两相共存时,两者的化学势相等。比如水的三相点,就是固液气三态的化学势相等——谁也更不倾向于变成其他的形式。
5.化学势与费米能
金属里,对费米能的定义很简单,绝对零度下,电子根据Pauli Exclusion填充能态达到的最高能量。费米能即化学势。因为再填充一个电子,它不能处于更低能量,因为小于费米能的态都填满了,而只能开始从费米能 处开始填充。因此再填入一个电子,且尽可能使得系统总能量低(稳定),那么再填入电子填入的能量恰是费米能。根据化学势定义,添加一个粒子系统增加的能 量,可以知道,在金属里,添加一个电子,系统增加能量为费米能,从而常常把费米能叫做化学势。
6. 绝缘体里的化学势注意事项
由于绝缘体里,电子已经填满可能的态。从而系统外加一个电子,和减少一个电子的能量并不相同。外加一个电子,这个电子会被迫填入更高的能态(其他 能带/导带)中,而去掉一个电子,去掉的能量为价带的能量。这也就是化学势定义里,要讲清楚“添加或者减少粒子”需要的能量的原因。
7. 热力学的共轭量
做一个类比,磁化强度M(参考另一篇《磁感应强度B与磁场强度H的区别,联系和物理意义》)与外加磁场H的关系,即是说外加了磁场H,系统能量改 变就是-H •M, 这里H与M就是共轭量;提一个类似问题,现在加的不是磁场而是粒子。系统外加了N个粒子,添加一个粒子需要的能量(即化学势)为µ,系统能量改变为Nµ, 这里N与µ也共轭。数学上的Legendre 变换很好的描述了共轭量的关系。
下面的段落,旨在弥补这种“专有名词文盲式”的定义带来的理解不足。
1. 化学势µ与水势,电势
水势又叫水位,电势又叫电位。所谓水位,三峡大坝拦截的高水位的水,有倾向流入坝外的低水位区。为什么没有泄入?因为有水闸。水闸关闭,正如同电势高的地 方,由于电闸关闭,未形成回路,电流就没有流向低电位的地方。当闸门(水闸、电闸)开启时,水流或者电流就从水势或电势高的地方,流向地的地方。这样就有 了势的概念。
与之类比,化学势也有高低之分,也有“什么东西”从势高的地方流向势低的地方。那么这个与水流和电流相类比的是什么呢?答案是粒子。粒子从化学势高处,流入化学势低处。高低处的不同,可以是不同相(气相,液相),可以是不同粒子种类。
2. 化学势的定义
实际上,无论水流,电流,这样流动的原因,都是为了使系统达到一个能量最低的“最舒服”的态。化学势,就是给系统添加或者减少一个粒子,需要的能量。
3. 化学势和化学反应
顾名思义,化学势和化学有什么关系呢?考察如下简单的化合反应。
A + B ⇔ AB
假设一个系统(如溶液),能量为E0, 现在新丢进来一个A原子,一个B原子,怎么知道它们会不会合成为AB分子,抑或保持原子形式呢?
假设一个A原子能量为E_A。根据化学势定义,A原子的化学势,就是系统添加一个A原子所增加的能量,就是一个A原子的能量,写成式子为µA=E_A。同理, µB=E_B, µAB=E_AB.
如果A和B保持原子形式,则系统总能量为E0+µA+µB,如果AB结合,则系统总能量为E0+µAB。为了使得系统处于“最舒服”的低能量态, 系统会选择E0+µA+µB与E0+µAB的较小者。这样,如果µA+µB>µAB, 则E0+µAB较小,粒子倾向于保持AB分子的形式,即粒子从A和B(化学势高处)流向了AB(化学势低处)。反之亦然。总之,化学反应,从化学势高的“地方”流向化学势低的“地方”。这里,“地方”并不是空间,而指的是物质的形式:A与B原子结合形成AB,就是化学势从高处到低处,使得系统能量更低, 更稳定的过程。
4.化学势与相变
化学势虽然源于化学,但是其概念的应用非常广泛,一个例子就是相变过程。比如水的气态-液态相变。在常温常压下,水保持液态形式,可以推断出µ(液态H2O)<µ(气态H2O),即系统添加一个液态水分子增加的能量,比添加一个气态水分子的能量要少,系统倾向于稳定的低能量,从而水分子从µ的高处(气态)流向低 处(液态)。而两相共存时,两者的化学势相等。比如水的三相点,就是固液气三态的化学势相等——谁也更不倾向于变成其他的形式。
5.化学势与费米能
金属里,对费米能的定义很简单,绝对零度下,电子根据Pauli Exclusion填充能态达到的最高能量。费米能即化学势。因为再填充一个电子,它不能处于更低能量,因为小于费米能的态都填满了,而只能开始从费米能 处开始填充。因此再填入一个电子,且尽可能使得系统总能量低(稳定),那么再填入电子填入的能量恰是费米能。根据化学势定义,添加一个粒子系统增加的能 量,可以知道,在金属里,添加一个电子,系统增加能量为费米能,从而常常把费米能叫做化学势。
6. 绝缘体里的化学势注意事项
由于绝缘体里,电子已经填满可能的态。从而系统外加一个电子,和减少一个电子的能量并不相同。外加一个电子,这个电子会被迫填入更高的能态(其他 能带/导带)中,而去掉一个电子,去掉的能量为价带的能量。这也就是化学势定义里,要讲清楚“添加或者减少粒子”需要的能量的原因。
7. 热力学的共轭量
做一个类比,磁化强度M(参考另一篇《磁感应强度B与磁场强度H的区别,联系和物理意义》)与外加磁场H的关系,即是说外加了磁场H,系统能量改 变就是-H •M, 这里H与M就是共轭量;提一个类似问题,现在加的不是磁场而是粒子。系统外加了N个粒子,添加一个粒子需要的能量(即化学势)为µ,系统能量改变为Nµ, 这里N与µ也共轭。数学上的Legendre 变换很好的描述了共轭量的关系。
如果按照不严格的科普标准来衡量,lz说的算不上准确,但基本上靠谱。但是,我觉得,还是老老实实看《物理化学》和《固体物理》吧。一般的科普也不会用到“化学势”这样的专业名词,如果你碰到这个名词,十有八九你需要知道它的严格含义。
楼主啊,在数学吧我看过你的帖,高中生如何在一个月内学完数学和物理。在这篇帖中我看过你介绍了几本学习物理的书,其中有一本书叫什么讲义。。我的物理基础很不好,楼主有什么好书推荐吗?我下了很大的决心,一定要学好。我有耐心去学,恳求楼主推荐几本学习物理的书,最好是偏电学的,因为最近学校在复习电学知识,我都有点晕了。每天没有进步,我很迷茫。。。不想就这么一天一天看着青春就离去。所以我要拽住它,弄懂许多为什么。既然选了理科,我就不想后悔,请求楼主帮助。。。谢谢
决心和行动比书重要。那个叫费恩曼物理学讲义,第二册就是电磁学。
其他的书请参考我的另一篇《本科阶段物理学经典教材推荐》。很庆幸我都写出来了,现在可能没有精力去写这样的文章。
很难的这么小年纪就意识到不要浪费青春。抓紧吧。
其他的书请参考我的另一篇《本科阶段物理学经典教材推荐》。很庆幸我都写出来了,现在可能没有精力去写这样的文章。
很难的这么小年纪就意识到不要浪费青春。抓紧吧。
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