1、新疆大学本科毕业论文新疆大学毕业论文 (设计 )题 目：负热容量系统的热平衡 新疆大学本科毕业论文I毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规
2、定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 新疆大学本科毕业论文II学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：
3、年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日新疆大学本科毕业论文III声明经过买买提热夏提老师的细心地指导下，本人以负热容量系统的热平衡为题目的毕业论文顺利地完成了论文任务书中的内容，在这过程中本人参考了有些资料书，论文中没有抄写他人的研究成果，竭尽全力独立的完成
4、了至此的任务，一切后果自负。签名：新疆大学本科毕业论文IV新 疆 大 学毕业论文（设计）任务书班 级：理论物理 08-2 姓 名：孜比布拉卡德尔 论文（设计）题目：负热容量系统的热平衡 论文（设计）来源：自定 要 求 完 成 的 内 容 :查找相关资料 理解题目，讨论热容量正负的判断 分析负热容量系统的特性 讨论负热容量系统的热平衡 数据分析，讨论结果 总结 发 题 日 期：2012/12/26 完 成 日 期：2013 年 5 月 20 日 实 习 实 训 单 位 ： 物理科学与技术学院 地 点：新疆大学物理科学与技术学院 论 文 页 数： 26 页 图纸张数： 3 张 指 导 老 师：买买
5、提热夏提买买提（副教授) 教 研 室 主 任：李锦（副教授 ） 院 长（系主任）：艾尔肯阿布列木 （教授） 新疆大学本科毕业论文V摘要 赵凯华先生在新概念物理教程力学和新概念物理教程热学中都曾提到负热容量系统是不稳定的，但由于篇幅限制,对此没有作更详细的说明1, 2。 在本文中，以史瓦西黑洞为例对其热力学性质进行了讨论，由热力学方法讨论了史瓦西黑洞的负热容量及其稳定性条件。关键词：负热容量；黑洞；热平衡AbstractMr. Zhao Kaihua has mentioned that thermal negative heat capacity of the system is unstab
6、le in the books of new concepts of physics series-Mechanics, and thermal physics, but did not make a more detailed description of 1, 2 it due to the space limitations of the book. In this article, the Schwarzschild black hole, for example its thermodynamic properties discussed by thermodynamic metho
7、ds, and also discussed the negative heat capacity of Schwarzschild black hole and its stability conditions.Keywords: negative heat capacity; black hole; thermal equilibrium新疆大学本科毕业论文VI目录声明.I毕业论文（设计）任务书.II摘要.III第一章 负热容量系统的热平衡.1引言.11.1 热容量和负热容量.21.2 黑洞的描述.21.2.1 黑洞的产生. .21.2.2 黑洞的发现进展.21.2.3 黑洞的物理意义.3
8、1.3 黑洞的种类.41.4 史瓦西黑洞的描述.51.5 史瓦西黑洞的负热容量.61.6 黑洞热容量的推导.8第二章 黑洞的热平衡.102.1 热平衡与热辐射.102.2 熵，内能和热容量的推导.102.3 光子气体与热平衡稳定.142.3.1 热平衡稳定条件.162.4 黑洞热的平衡是不稳定的.18结论.19参考文献.20致谢.21新疆大学本科毕业论文1第一章 负热容量系统的热平衡 引言我们在日常生活中一般遇到的热容量都是正的，我们在本论文中分析和解决负热容量系统的热平衡情况，还有负热容量和黑洞的关系。黑洞的热容量是负的，那就为什么黑洞的热容量是负的？黑洞的热平衡是否稳定？在这个论文中讨论和
9、解决了这些问题。赵凯华先生“新概念物理教程力学”和“新概念物理教程热学”中都增提到负热容量系统是不稳定的，但由于篇幅限制，对此没有更详细的说明1, 2。正的热容量是吸收热量时温度升高，放热时温度会降低。负热容量比如黑洞，黑洞的热容量是负的，吸收热容量时温度会降低，放热时温度升高。这样的系统即为负热容量系统，下面以黑洞为例讨论负热容量系统的热平衡。在宇宙中存在着很多奇妙的星体，其中最使人入迷的就是黑洞。从字面上来看，黑洞就是漆黑的洞 。那再来看看物理学家是怎么形容的，处于时间与空间之间的黑洞，使时间放慢脚步，使空间变得有弹性，同时吞进所有经过它的一切。1969 年，美国物理学家约翰阿提 惠勒将这
10、种贪得无厌的空间命名为“黑洞”。从物理学家的描述我们可以看出，黑洞的特殊性，在它的身上为什么会具有这样的性质呢？这就引起了很多人的疑问，比如：爱因斯坦、霍金等的重量级的物理学家。在了解黑洞之前我们来了解两个概念。黑洞区：通常指任何信号都到达不了类光无穷远的时空区。事件视界：黑洞区的边界。黑洞是根据现代物理理论和天文学理论，所预言的在宇宙中存在的一种天体区域。在现代物理学中，黑洞是最错综复杂的物体之一。黑洞是一个质量相当大、密度相当高的天体，它是在核能耗完后而发生引力的塌缩形成的。根据牛顿力学理论甚至光也无法逃逸出此区域，故名把这个天体称为“黑洞” 。在这个区域有强大的引力，其表面任何物体都不容
11、易脱离其束缚，连光线也被其强大引力拉回，所以黑洞不会发光，不能用天文望远镜看到，但天文学家可通过观察黑洞周围物质被吸引时的情况，找到了黑洞的位置，发现和研究它。本文就详细地对黑洞的概念、形成、种类和性质、特征进行了讨论。以寻找出巨大黑洞供给人们的开发和利用，并讨论了研究黑洞的意义3，最后讨论黑洞的热平衡是不稳定的。新疆大学本科毕业论文21.1热容量a)一般系统的热容量系统在某一过程中，温度升高（或降低）1k 所吸收（或放出）的热量叫做这个系统在该过程中的“热容量” 。 如果在一定的过程中，当温度升高 T 时，系统从外界吸收的热量为 Q，系统的热容量 C,单位是（ ） 。 那么在该过1.kj程中
12、该系统的热容量为4, 5:. （1.1-TQC0lim1）b）负热容量系统我们日常生活中见到的热力学系统，其热容量都是正的，即应该为“吸收热量时温度升高，放出热量时温度降低” 。而某些系统，如黑洞，其热容量是负的5，吸收热容量时温度降低，放出热容量时温度升高，这样的系统即为负热容量系统。下面以黑洞为例讨论负热容量系统的热平衡。1.2 黑洞的描述 1.2.1 黑洞的产生 当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢） ，由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积很小、密度趋向很大。而当它的半径一旦收缩到
13、一定程度（一定小于史瓦西半径） ，巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系“黑洞”诞生了6。1.2.2黑洞的发现进展最早是德国天文学家 K史瓦西（Karl Schwarzschild）于 1916 年提出的。我们至今把形成黑洞的界限成为史瓦西解。恒星的等质量黑洞半径称为史瓦西新疆大学本科毕业论文3半径。据美国物理学家组织网报道，科学家在西雅图召开的美国天文学会会议上报告说，在一个由恒星组成的小型矮星系中，他们发现了一个超大质量黑洞，其质量是太阳的 100 万倍。这是超大质量黑洞早于星系形成的更有力证据，也有助于天文学家进一步研究宇宙早期黑洞和星系是如何生成的。研究发
14、表在近日自然杂志网站上。(1)最大的黑洞 迄今发现宇宙中最大质量黑洞的质量是太阳的 180 亿倍，是此前纪录保持者的 6 倍，它的质量相当于一个小型星系。这个庞然大物潜伏在 OJ287 类星体，该类星体距离地球 35 亿光年。2008 年，天文学家通过观测一个较小黑洞(该黑洞的质量相当于太阳的 1 亿倍)的轨道所受这个庞然大物黑洞的引力场作用，从而测量这个超大黑洞的质量6。（2）最小的黑洞最小的黑洞仅是太阳质量的 3.8 倍，其直径为 24 公里，仅比纽约曼哈顿岛大一些。尽管这个被称为“XTE J1650-500”的黑洞算是小个头，但它却是极具破坏性的“引擎” 。它与其它黑洞一样从伴星那里偷取
15、气体，使自己升温，基于XTE J1650-500 黑洞的质量，它释放 X 射线的强度呈周期性变化。天文学家通过观测这种微小的变化，能够测量这颗黑洞的质量6。1.2.3 黑洞的物理定义拉普拉斯等人把黑洞看作光无法逃离的暗星4, 5。广义相对论采用也是这一看法，把黑洞定义为信号不能跑出去的时空区域5。光信号是所有信号中速度最快的，光不能逃离的时空区域，任何其他信号当然也不能逃离。黑洞是由广义相对论预言和描述的一种特殊天体。其基本特征是：它是一个封闭的世界(通俗地讲，这是一个空间范围）5。由于它的万有引力非常强，任何东西（甚至包括光子）都逃脱不了它的束缚，使视界内的任何物质（包括光子）都不能跑到视界之外5。由于外界接收不到从它发出的任何光波我们观察不到它而呈黑色，这就是“黑” 。而在它周围的外界物质和辐射在强引力作用
