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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 基础物理 » 原子结构的问题
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uvwxmc

金虫 (正式写手)
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10楼: Originally posted by metaliium at 2014-10-06 13:36:40
单个原子也许难以测量温度，但是定义一个温度肯定是可以的

话说你为什么认为单个原子不能谈论温度，也不能加热？...

因为温度按实质，就是多数粒子的平均平动动能的度量。就像一个人不能‘和睦’，不能‘拥挤’一样。观察者不同，参考系不同，一个单粒子就可以有不同的速度，那它到底是多少度？！多数粒子则需要在质心系里定义平均平动动能，以此定义温度。温度概念还建立在热平衡基础上，如果粒子集合彼此没有相互作用，那就是彼此绝热的，无关的，也不能定义温度。
仅仅在数量类比的意义上，单个粒子的平动动能，可以‘相当于’某个温度，那是说它的动能等于那个温度下的‘平均’动能。就像你今天中奖得了3000元，你可以说‘今天的收入相当于年薪百万’。
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11楼2014-10-07 08:41:22
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metaliium

银虫 (正式写手)
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11楼: Originally posted by uvwxmc at 2014-10-07 08:41:22
因为温度按实质，就是多数粒子的平均平动动能的度量。就像一个人不能‘和睦’，不能‘拥挤’一样。观察者不同，参考系不同，一个单粒子就可以有不同的速度，那它到底是多少度？！多数粒子则需要在质心系里定义平均 ...

其实温度的概念不需要动能参与，虽然本科生教材上往往写着温度是微观粒子无规热运动体、用平均动能定义温度。。。我也很惊讶国内很多相当高级别的教授对温度也只限于这种最粗浅的理解

但实际上温度本质上是由dS/dE来定义的，只要熵和能量还有意义，温度就还有意义。从测量的角度来说，它由一个粒子在激发态上的概率来定义。看你的发言你学过统计物理，那么应该知道这个概率在正则系综下是exp(-\beta E)。

举个例子：假设一个无动能的电子（当然单个电子通过选取适当的参考系总能有无动能的情况），自旋可能向上也可能向下，在固定方向的磁场中，与磁场同向能量低与磁场反向能量高。绝对零度下这个电子自旋只可能和磁场同向，在有限正温度下有小概率和磁场反向，而温度提高到负温度时大概率和磁场反向，直到负零度时全部和磁场反向。这里电子完全没有动能参与，但显然仍有不同的温度的定义。。。

当然温度是一个平衡态的概念，在非平衡态下对一个体系没有办法用一个温度来描述。但是对其中的子体系们仍可以分别定义不同的温度。这里的温度称之为等效温度会更严格，但实质上和一般的温度没有任何区别。
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12楼2014-10-07 08:57:46
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uvwxmc

金虫 (正式写手)
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12楼: Originally posted by metaliium at 2014-10-07 08:57:46
其实温度的概念不需要动能参与，虽然本科生教材上往往写着温度是微观粒子无规热运动体、用平均动能定义温度。。。我也很惊讶国内很多相当高级别的教授对温度也只限于这种最粗浅的理解

但实际上温度本质上是由dS ...

你说的对，磁场中的自旋粒子系可以定义温度。我前面的帖子决不能这么解释温度，遇上什么人讲什么话，你的解释得让人能听懂能增进理解，才是好解释。如果解释很深刻，但是不能增进听者的知识，那就成了掉书袋了。另外，能用kT和能量联系起来，不能说是‘最粗浅的理解’，已经是‘中级理解了’，最粗浅的理解是‘冷热程度的度量，能为人的皮肤感知’，升高一级是‘能用温度计定量’这种。教授也有不同专业方向的么。

但是如果你用熵S和能量E定义温度T，那就是说S和E是更基本的前置概念，T是衍生概念。E我没意见，但是S比T更基本，那我有保留意见。从经典统计类比过来的指数关系，这很自然，这是理论推广的基本路子。这个式子也可以反过来用T定义S啊？！
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13楼2014-10-08 09:40:34
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uvwxmc

金虫 (正式写手)
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12楼: Originally posted by metaliium at 2014-10-07 08:57:46
其实温度的概念不需要动能参与，虽然本科生教材上往往写着温度是微观粒子无规热运动体、用平均动能定义温度。。。我也很惊讶国内很多相当高级别的教授对温度也只限于这种最粗浅的理解

但实际上温度本质上是由dS ...

关于二能级系统，补充一下。你强调单个电子是没意义的，这个电子如果果真是绝热的，那它就不能反转了，也无所谓能级了；如果它和磁场相互作用，那它就仍然和其他磁性粒子在一个系统里。

强调这个电子平动为零也没意义。一个粒子系统如果有两种不同的相互作用，同时分别有各自对应的能量系统，彼此之间没有能量交换，那么这实际上是一个空间里的两个热系统，各自有自己的温度。
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14楼2014-10-08 10:15:50
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lijingyi098

铁虫 (初入文坛)
加热能使电子跃迁，甚至电离，因为通过辐射加热也叫加热，高频电磁波辐射后，有两个效果，原子处于激发态，动能增加（可能）。通过高动能粒子去碰撞，能否把原子撞到激发态，还没人这么问过，这个可能性个人理解还是有的，至少一时给不出不能的原因，无非是动能变势能了。上一个回答的人比我强，对温度的理解比较透彻，感觉对热力学和量子化学都理解的比较深！

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15楼2014-10-08 23:12:36
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leedobb

金虫 (正式写手)
其实即使在真空里（当然其实不是真正意义上的真空因为有电磁辐射），温度也是可以定义的。因为有所谓的黑体辐射之类的东西。比如，在宇宙外太空，平均温度为4、5K左右，这个温度的承载体其实是一定分布的电磁波。

如果说一个原子在温度T的环境下（“真空”里），那么它基本是与各种不同波长的电磁波在相互作用，因些外层电子可能可以被电离什么的，只要计算一下能级什么的就可以了。这些能级是分立的，而且在室温下一般难以被激发，所以半径当然不会有“热胀冷缩”这些现象。要么不电离，要么只接电离后带正电
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有一天，我打了个瞌睡就到了这里，但我知道我掉入了时光的循环中，虽得以永生，但只有第一个循环有意义。
16楼2014-10-09 00:19:01
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