浅谈电介质与低温获得 姓名学号 摘要我们从电介质的热力学的基础方程出发进行推导，并结合朗之万公式得到电介质，温度与电场的关系，即电热效应，并简单讨论是否可以通过电介质来获取低温。关键词电介质，热力学系统，电热效应，朗之万公式，低温获取。低温在科学研究和工程上都有十分重要的意义。如何低能耗，高效益地获取低温是科学家一直努力寻求的目标。我们知道，获得低温的方法有节流过程或与绝热膨胀箱结合的方法来液化气体，还有磁冷却法等。在这里，我们知道磁冷却法原理即关于方程；方程右边是正数，这说明，在绝热条件下减小磁场时，磁介质的温度将降低，从而获得绝热去磁制冷的一种有效方法。我们会联想到电介质中是否也存在类似的结论呢我将通过电介质的热力学基本方程进行推导，得到适合的热力学方程，探究利用电介质制温是否可行。1、电介质热力学方程及其推导1.1电介质系统所做功两个平行板组成的电容器内充满电介质，当电位移从D变化到DdD时，外界所做功为dWVEdD 1由电磁学中熟知的关系，式子中是真空介电常数，其数值为，P是电极化强度，可将dW 表示为 2则对于单位体积介质有 33式说明，外界所做的功可以分为两部分，第一部分是激发电场的功，第二部分是使介质极化的功，即电介质的极化强度改变 dP ，电介质对外界所做的功。1.2电介质的热力学函数及电热效应与热电效应 当考虑电介质的体积变化，根据式子 ，热力学基本方程为dUTdS-pdVEdP 4则吉布斯函数为GU-TSpV-EP 5对5求微分，将4带入，可得G的全微分为dG-SdTVdp-PdE 6当P保持不变时，有 7由完整微分可知 8式子8是电介质的一个麦升关系。由于存在函数关系 ，则 9或 10 在电场、压强不变时，电介质的热容量为 11然后将公式8和10带入式11，得 12式子12左边的偏导数给出在熵和压强保持不变时，温度随电场变化率。它描述的是电热效应。右边偏导数给出在电场和压强保持不变时，极化强度随温度的变化率，它描述的的是热电效应，式12给出电热效应和热电效应之间的关系。2.电介质的郎之万公式由统计物理的方法，求得极化强度的宏观量P是 13其中。结合郎之万函数L,这样，13式又可以化间为 1414式即为电介质的郎之万公式，其中n为分子个数，的意义是分子在电场中每单位电荷平均所受作用力，叫做分子感应极化率。
由郎之万公式的性质知道 1.很大时； 2.很小时（），。由此可见，在十分强的电场中，宏观的极化强度是 15那时全部分子的固有偶极矩位于沿场的方向；在十分弱的电场中，就是时，宏观极化强度是 16只有在这样的情形，宏观极化强度P才与电场强度成正比，不过我们应知道并不直接代表电场强度而是分子中每单位电荷所受的平均力，依据德拜理论 ，那么15式为 由此得 17则 18是电介质的极化率。由式18知极化率与温度T的关系相当复杂。
在这里，我们令则 19对19式关于时间T进行对导，得 20对于20式而言，，因为的数量级为，而对n的数量级为，而，则b的数量级大约为左右。由此可见的值趋近于0，同理的值也趋近于0，则综上得 21由22式知，热电效应 22把22式带入12得 23由23式知，右边为正数，由此我们可以得到，在绝热、恒压的情况下，电介质的温度将随电场减小而变小。即电介质存在于磁介质类似的结论。
3.结论 我们知道要想23式成立，就必须满足，由的数量级可知伏特/米，即。因为与电场E可以近似看成相等，即在满足的情况下，可以通过电介质来获取低温，即绝热去极化获得低温的方法。参考文献1 汪志成，热力学统计物理M，北京人们教育出版社2008,16,68-73。2 许国保，热力学与统计物理学M，北京华东师范大学出版社1982,369-378。3 李鸿寅，热力学及统计物理M，开封河南大学出版社，1988。4 殷之文，电介质物理学M,北京科学出版社，2003。5做事做实