Tocmai am aflat că este posibilă o capacitate de căldură specifică negativă . Dar Am încercat să găsesc o explicație pentru acest lucru fără succes.
Capacitatea de căldură negativă ar însemna că atunci când un sistem pierde energie, temperatura lui crește . Cum este posibil acest lucru în cazul unei stele? Nu există o sursă de energie pentru a crește temperatura oricărui sistem?
Răspuns
Luați în considerare un satelit pe orbită în jurul Pământului și care se mișcă cu o anumită viteză $ v $. Viteza orbitală este legată de distanța de la centrul Pământului, $ r $, de:
$$ v = \ sqrt {\ frac {GM} {r}} $$
Dacă scoatem energie de la satelit, atunci acesta coboară pe o orbită inferioară, deci $ r $ scade și, prin urmare, viteza orbitală $ v $ crește. La fel, dacă adăugăm energie la satelit, aceasta urcă pe o orbită superioară. iar $ v $ scade.
Acesta este principiul din spatele capacității negative de căldură a stelelor. Înlocuiți satelitul cu un atom de hidrogen și înlocuiți Pământul cu o minge mare de atomi de hidrogen. Dacă scoateți energia atunci atomii de hidrogen coboară pe orbite inferioare și viteza lor crește. Deoarece putem raporta viteza la temperatură folosind distribuția Maxwell-Boltzmann, aceasta înseamnă că, pe măsură ce scoatem energie, temperatura crește și, prin urmare, căldura specifică trebuie să fie negativă.
Bineînțeles, acest lucru este un pic înșelător, deoarece ignorați energia potențială. Energia totală a sistemului scade pe măsură ce scoateți energia, dar scăderea se realizează prin scăderea energiei potențiale și creșterea energiei cinetice. Teorema virială ne spune că scăderea energiei potențiale este de două ori mai mare decât creșterea energiei cinetice, deci schimbarea netă este negativă.
Răspuns
Deși răspunsul lui John este destul de cuprinzător, aș dori să adaug acest răspuns pentru a-mi consolida înțelegerea calitativă a problemei și pentru a încerca să ofere PO o explicație mai intuitivă și calitativă pentru negativ capacitate specifică de căldură, deoarece OP pare să caute o explicație mai calitativă (și mai intuitivă).
Pentru obiecte obișnuite precum roci și stele, temperatura este o măsură directă a energiei cinetice interne a obiect – adică energia cinetică a constituenților săi. Acum, dacă – configurația unui astfel de obiect este de o asemenea natură încât ori de câte ori energia cinetică internă crește (scade), structura obiectului trebuie să se schimbe într-un mod care face ca energia sa potențială scade (crește) cu o cantitate mai mare decât incr ușurința (scăderea) energiei sale cinetice interne – atunci în mod clar capacitatea specifică de căldură va fi negativă!
Pentru găurile negre, povestea este puțin diferită. Nu am studiat lucrarea care determină temperatura lui Hawking folosind microstatele teoretice ale șirurilor unei găuri negre și, prin urmare, cred că nu pot oferi cu adevărat un raționament explicativ sau mai profund în spatele capacității de căldură specifice negative a găurilor negre – dar voi face elucidați mecanismul de derivare a capacității specifice de căldură a unei găuri negre și care arată în mod clar că trebuie să fie negativ.
Temperatura unei găuri negre este dată de $ T = \ dfrac {\ hbar c ^ 3} {8 \ pi GM} $. Energia unei găuri negre trebuie considerată ca $ E = Mc ^ 2 $. Prin urmare, $ dE = – \ dfrac {\ hbar c ^ 5} {8 \ pi G T ^ 2} dT $. Astfel, capacitatea de căldură specifică $ C = \ dfrac {1} {M} \ dfrac {dE} {dT} = – \ dfrac {\ hbar c ^ 5} {8 \ pi GM T ^ 2} $. Într-un mod calitativ, se poate crede că, din moment ce temperatura unei găuri negre va scădea odată cu creșterea suprafeței sale (cu cât este mai mare gaura neagră, cu atât este mai rece) și zona va crește odată cu creșterea masă (energie), capacitatea specifică de căldură a găurii negre trebuie să fie negativă.
Răspuns
Pentru stele (care au o cantitate imensă de masă și densitate), gravitația este considerată responsabilă pentru creșterea căldurii . deoarece căldura și volumul (deci densitatea), astfel gravitația unei stele (masive), sunt corelate.
Acesta este exact unul dintre factorii care fac posibilă fuziunea nucleară (în stele) . Cele două efecte termodinamică (și energie cinetică) și gravitate sunt înrudite într-un buclă de feedback negativ (implicând stabilitate dinamică )
Răspuns
atunci când dăm căldură sistemul crește temperatura, dar când sistemul se extinde, temperatura scade. dacă întinderile sunt astfel încât scăderea temperaturii este mai mare, atunci creșterea temperaturii datorită căldurii date. atunci temperatura scade chiar și după căldura dată, astfel încât în această condiție căldura specifică poate fi negativă