CC BY
14
SCI 120 160 200 240 230 320 T, K
Fig. 6. Temperature dependences of anisotropy of thermoelectric power Eb for Bi15Sb05Te3y samples. 1 - y=0; 2 - y=0.03; 3 -y=0.04; 4 - y=0.05; 5 - y=0.085
M 2.0
Kl
80 120 1(50 200 240 230 320 T,K
Fig. 7. Plot of the measured figure of merit against absolute temperature for samples of composition BixSb2_xTe3+y.
1 - Bii.sSbo.2Tes ;
4 -
2 -Bi1.5Sb0.5Te3.03 : Bl0.5Sb,.5Te3.06 : 5 *
3 -BiSbTe3M,
' Bi0.2Sb1.8Te3.03
CONCLUSION
The vertical zone crystallization leads to appearance of layer heterogeneity of BixSb2_xTe3+y solid solutions. The inhomogeneity of component distribution across the ingots depends on Bi:Sb ratio and the value of tellurium excess. The existence of longitudinal layer inhomogeneity changes not only absolute values of b, s and d, but also their temperature dependences. The application of heterogeneous layer structure model has given an opportunity to explain the appearance of additional heat transport at temperature above 200 K and anisotropy of
thermoelectric power. Heterogeneous solid solutions have higher figure of merit in comparison with Z of more homogeneous alloys at T< 200 K.
REFERENCES
1. Jim W.M., Rosi F.D. Compound Tellurides and Their Alloys for Peltier Cooling - a Review// Sol.St.Electron. - 1972. - V.15.
- P. 1121 - 1140.
2. Гольцман Б.М., Кудинов В.А., Смирнов И.А. Полупроводниковые термоэлектрические материалы на основе Bi2Te3.
- М.:Наука, 1972. - 319с.
3. Кутасов В.А., Лукьянова Л.Н. Концентрационная зависимость параметра анизотропии в n-Bi2Te3 и твердых растворах на его основе//ФТТ. - 1986. - Т.28. - Вып.3. - С.899-902.
4. Middendorf A., Landwehr G. Evidence for a Second Band in p-Bi2Te3. from Magneto-Seebeck and Shubnikov-de Haas Data // Sol.St.Com. - 1972. - V.11. - No.1. - P.203-206.
А.П. Тыщенко
Курганский государственный университет, г. Курган, Россия
III НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ -ПОСТУЛАТ ИЛИ ТЕОРЕМА?
Аннотация: В статье рассматриваются методические аспекты изучения 3 начала термодинамики.
Ключевые слова: 3 начало термодинамики, теорема Нернста.
A.P. Tyshchenko
Kurgan state university, Kurgan, Russia
ТНЕ THIRD LAW OF THERMODYNAMICS, A POSULATE OR THEOREM?
Abstract: The article deals with methodical aspects of the Third Law of Thermodynamics.
Keywords: the Third Law of Thermodynamics, Nernst principle.
В [1-4] было указано, что в молекулярно-кинетичес-кой теории вещества можно дать конкретную и однозначную интерпретацию понятия температуры.
Температура тела (системы) в общем случае определяется как усредненная энергия, которую частица тела (системы) передает за один элементарный акт взаимодействия другому пробному или иному телу.
С другой стороны, известно, что понятие энтропии в физике дается третьим началом термодинамики (теоремой Нернста). Это начало трактуется как постулат, вытекающий из экспериментов по исследованию теплоемкости тел в широком температурном диапазоне. Между тем в [1-4] показано, что интегральная форма третьего начала термодинамики может быть получена в результате простых логических построений, вытекающих из определения температуры. Суть этих построений заключаются в следующем.
Выполним мысленно следующий эксперимент. Поместим идеальный газ, имеющий температуру Rj, в замкнутый сосуд бесконечно большой теплоемкости с температурой, равной абсолютному нулю (нуль-термостат). Пусть идеальный газ охлаждается в ходе квазистатического процесса. Первая малая теплота Q1 будет передана при начальной температуре Rj, в результате потери
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 3
65
энергии газом его температура понизится до Я2. Следующая теплота Q2 будет передана при температуре Е2 и
т.д. Последняя малая теплота будет передана термостату при температуре газа, близкой к абсолютному нулю. В соответствии с определением температуры отношение
/ Е у есть не что иное, как количество соударений
молекул со стенками термостата (число элементарных актов взаимодействия), за счет которых от газа отнимается теплота Q. Следовательно,
6 О-
есть пол-
( Е^ Е^*-* Е+ ~ Е
' >} Е ]
ное количество соударений, которое необходимо для охлаждения идеального газа. Устремляя величины Qj к нулю, а N - к бесконечности, получим интегральное соотношение для количества соударений, необходимых для того, чтобы охладить идеальный газ до абсолютного нуля. Используя свойства интеграла, поменяем пределы интегрирования, тогда приходим окончательно к соотношению
S ф>
eQ
R
(1)
Величина Б/1 получила в молекулярной физике и термодинамике название энтропии.
Энтропия - физическая величина, численно равная количеству соударений, за счет которых тело, приведенное в контакт с другим телом бесконечно большой теплоемкости и нулевой температуры, охладилось бы до абсолютного нуля.
Конечное изменение этой величины называется приращением энтропии. В соответствии с определением
энтропии приращение энтропии
ES& >х eQ/R
физическая величина, численно равная количеству ударов, за счет которых система нагревается или охлаждается от температуры Я1 до Я2. Согласно формуле (1)
энтропия - безразмерная величина. Однако наряду с соотношением (1) в физике значительно чаще используется формула
S > kS С>
eQ
T
(2)
в соответствии с которой [S] = Дж/К.
ВЫВОДЫ
Если справедливо предложенное нами ранее определение температуры, то формула для расчета непосредственно самой энтропии может быть получена на основе строгих математических рассуждений, и, следовательно, третье начало термодинамики не является постулатом. В заключение отметим, что предложенная интерпретация понятия энтропии применима не только в молекулярной физике и термодинамике, но и к другим областям науки, например, к процессам передачи информации, изменению состояния общества и т.п.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Тьщенко А.П. О температуре идеального газа.- Деп. в ВИНИТИ 13.07.83 г., № 3896-83.
2.Тыщенко А. П. Температура, приведенная теплота и энтропия в молекулярно-кинетической теории вещества // Известия вузов. Физика. № 6, деп. 10.03.92, рег.№ 798892. Деп. в ВИНИТИ РАН 24.03.94, № 718-В94.
3.Тыщенко А.П. Основы молекулярной физики и термодина-мики.-Курган:Изд-во Курганского ун-та,2005.-135 с.
4. Тыщенко А.П. Основы молекулярной физики и термодина-
мики // http://physics.kgsu.ru
А.П. Тыщенко, Л.В. Тыщенко
Курганский государственный университет,
г. Курган, Россия
АНАЛОГИЯ В КУРСЕ «ЭЛЕКТРОСТАТИКА» И «МАГНЕТИЗМ»
Аннотация: В работе проводится сравнительный методический анализ курсов «Электростатика» и «Магнетизм».
Ключевые слова: электростатика, магнетизм, методика преподавания физики.
A.P. Tyshchenko, L.V. Tyshchenko Kurgan State University, Kurgan, Russia
ANALOGY IN THE COURSE OF «ELECTROSTATICS» AND «MAGNETISM»
Abstract: The article makes a comparative methodical analysis of the courses such as «Electrostatics» and «Magmetism».
Keywords: electrostatics, magnetism, methods of teaching physics.
При изучении курса «Электромагнетизм» студенты обычно достаточно хорошо усваивают основные понятия и формулы из раздела «Электростатика», курс «Магнетизм» дается им, как правило, гораздо труднее. Между тем можно заметно повысить успеваемость, подчеркнув некоторый параллелизм между этими разделами. При этом важно придерживаться определенного формализма при обозначении физических величин. Попытка введения такого формализма предпринималась в некоторых учебниках, например в [1].
Одно из первичных понятий электростатики - электрический заряд. Конечный по геометрическим размерам и величине заряд обычно обозначают символом q. Для обозначения точечного заряда (конечного по величине и бесконечно малого по геометрическим размерам)
целесообразно использовать специальный символ - ¿q . Соответственно закон Кулона в векторном виде необходимо записывать следующим образом:
eF21 >
1 J-
1 eq2 М'eql l r2
21
(1)
'21
где е - сила, с которой второй заряд действует
на первый, ^ - радиус - вектор, проведенный от второго
заряда к первому. Для расчета силы, с которой взаимодействуют заряженные тела конечных размеров, следует воспользоваться формулой (1), взяв интеграл по соответствующим объемам. В качестве конкретного примера такого расчета целесообразно рассмотреть взаимодействие двух параллельных бесконечно длинных провод-
R
0
R
2
0
3
66
ВЕСТНИК КГУ, 2010. №2
