Abszolút nulla hőmérséklet Kelvinben. Abszolút nulla hőmérséklet

ABSZOLÚT NULLA
hivatkozási pont abszolút hőmérséklet. -273,16 °C-nak felel meg. Jelenleg a fizikai laboratóriumokban az abszolút nullát csak néhány milliomod fokkal meghaladó hőmérsékletet lehetett elérni, de a termodinamika törvényei szerint ez lehetetlen. Abszolút nullán a rendszer a lehető legalacsonyabb energiájú állapotba kerülne (ebben az állapotban az atomok és molekulák "nulla" rezgést hajtanának végre), és nulla entrópiája lenne (zéró rendezetlenség). Az ideális gáz térfogatának az abszolút nulla pontban nullával kell egyenlőnek lennie, és ennek a pontnak a meghatározásához a valódi héliumgáz térfogatát mérik, miközben a hőmérsékletet fokozatosan csökkentik, amíg alacsony nyomáson (-268,9 ° C) cseppfolyósodik. és olyan hőmérsékletre extrapoláljuk, amelyen a gáz térfogata cseppfolyósítás nélkül nullára csökkenne. Az abszolút termodinamikai skálán a hőmérsékletet kelvinben mérik, a K szimbólummal jelölve. Az abszolút termodinamikai skála és a Celsius-skála egyszerűen eltolódik egymáshoz képest, és a K \u003d ° C + 273,16 ° összefüggéssel kapcsolódnak egymáshoz.
Lásd még
HŐ ;
ALACSONY HŐMÉRSÉKLETEK FIZIKÁJA;
A FIZIKAI MENNYISÉGEK MÉRTÉKEGYSÉGEI.
IRODALOM
Mendelson K. Úton az abszolút nulla felé. M., 1971 Landau L.D., Lifshits E.M. Elméleti fizika. M., 1973

Collier Encyclopedia. - Nyílt társadalom. 2000 .

Nézze meg, mi az "ABSOLUTE ZERO" más szótárakban:

Hőmérsékletek, a hőmérséklet eredete a termodinamikai hőmérsékleti skálán (lásd TERMODINAMIKUS HŐMÉRSÉKLETSkála). Az abszolút nulla pont 273,16 °C-kal a víz hármaspontjának hőmérséklete alatt (lásd TRIPLE POINT) található, amelyre ... ... enciklopédikus szótár

Hőmérsékletek, a hőmérséklet eredete a termodinamikai hőmérsékleti skálán. Az abszolút nullapont 273,16 °C-kal a víz hárompontos hőmérséklete (0,01 °C) alatt található. Az abszolút nulla alapvetően elérhetetlen, gyakorlatilag elértük a hőmérsékleteket, ... ... Modern Enciklopédia

A hőmérsékletek a termodinamikai hőmérsékleti skála hőmérsékleti leolvasásának eredete. Az abszolút nulla 273,16.C-kal a víz hármaspontjának hőmérséklete alatt helyezkedik el, amelyre a 0,01,C értéket fogadjuk el. Az abszolút nulla alapvetően elérhetetlen (lásd ... ... Nagy enciklopédikus szótár

A hő hiányát kifejező hőmérséklet 218 ° C. Az orosz nyelvben szereplő idegen szavak szótára. Pavlenkov F., 1907. abszolút nulla hőmérséklet (fiz.) – a lehető legalacsonyabb hőmérséklet (273,15°C). Nagy szótár… … Orosz nyelv idegen szavak szótára

abszolút nulla- Rendkívül alacsony hőmérséklet, amelynél a molekulák hőmozgása megáll, a Kelvin-skálán az abszolút nulla (0 ° K) -273,16 ± 0,01 ° С ... Földrajzi szótár

Létezik., szinonimák száma: 15 kerek nulla (8) emberke (32) kis ivadék ... Szinonima szótár

Rendkívül alacsony hőmérséklet, amelynél a molekulák hőmozgása leáll. Az ideális gáz nyomása és térfogata Boyle Mariotte törvénye szerint nullával egyenlő, és a Kelvin-skála abszolút hőmérsékletének referenciapontját veszik ... ... Ökológiai szótár

abszolút nulla- - [A.S. Goldberg. Angol orosz energiaszótár. 2006] Az energia általános témája EN zeropoint … Műszaki fordítói kézikönyv

abszolút nulla- absoliutusis nulis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Termodinaminės temperatūros atskaitos pradžia, esanti 273.16 K žemiau vandens trigubojo taško. Táj 273,16 °C, 459,69 °F vagy 0 K hőmérséklet. atitikmenys: engl.… … Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

abszolút nulla- absoliutusis nulis statusas T terület chemija apibrėžtis Kelvino skalės nulis (−273,16 °C). atitikmenys: engl. abszolút nulla rus. abszolút nulla... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

Szövetségi Állami Költségvetési Szakmai Felsőoktatási Intézmény

"Voronyezsi Állami Pedagógiai Egyetem"

Általános Fizikai Tanszék

a témában: "Abszolút nulla hőmérséklet"

Elkészítette: 1. éves hallgató, FMF,

PI, Kondratenko Irina Aleksandrovna

Ellenőrizte: az Általános Osztály asszisztense

fizikusok Afonin G.V.

Voronyezs-2013

Bevezetés………………………………………………………. 3

1. Abszolút nulla………………………………………………………………………………

2. Előzmények………………………………………………………… 6

3. Abszolút nulla közelében megfigyelt jelenségek………..9

Következtetés……………………………………………………… 11

Felhasznált irodalom jegyzéke…………………………..12

Bevezetés

A kutatók évek óta támadják az abszolút nulla hőmérsékletet. Mint tudják, az abszolút nullával egyenlő hőmérséklet egy sok részecske rendszerének alapállapotát jellemzi - azt a lehető legalacsonyabb energiájú állapotot, amelyben az atomok és molekulák az úgynevezett "nulla" rezgéseket hajtják végre. Így az abszolút nullához közeli mélyhűtés (úgy véljük, maga az abszolút nulla a gyakorlatban elérhetetlen) korlátlan lehetőségeket nyit meg az anyag tulajdonságainak tanulmányozására.

1. Abszolút nulla

Az abszolút nulla hőmérséklet (ritkábban - az abszolút nulla hőmérséklet) az a minimális hőmérsékleti határ, amellyel egy fizikai test rendelkezhet az Univerzumban. Az abszolút nulla egy abszolút hőmérsékleti skála, például a Kelvin-skála referenciapontjaként szolgál. 1954-ben a X. Általános Súly- és Mértékkonferencia felállított egy termodinamikai hőmérsékleti skálát egy referenciaponttal - a víz hármaspontjával, amelynek hőmérsékletét 273,16 K-nak (pontosan) vettük, ami 0,01 °C-nak felel meg. a Celsius-skálán az abszolút nulla -273,15°C hőmérsékletnek felel meg.

A termodinamika alkalmazhatóságának keretében az abszolút nulla a gyakorlatban elérhetetlen. Létezése és elhelyezkedése a hőmérsékleti skálán a megfigyelt fizikai jelenségek extrapolációjából következik, míg az extrapoláció azt mutatja, hogy abszolút nullánál az anyag molekuláinak és atomjainak hőmozgásának energiájának nullával kell egyenlőnek lennie, azaz A részecskék kaotikus mozgása leáll, rendezett szerkezetet alkotnak, tiszta helyet foglalva el a kristályrács csomópontjaiban (a folyékony hélium kivétel). A kvantumfizika szempontjából azonban még abszolút nulla hőmérsékleten is nulla ingadozások vannak, amelyek a részecskék kvantumtulajdonságaiból és az őket körülvevő fizikai vákuumból adódnak.

Mivel a rendszer hőmérséklete az abszolút nullára hajlik, az entrópiája, hőkapacitása, hőtágulási együtthatója is nullára hajlik, és a rendszert alkotó részecskék kaotikus mozgása leáll. Egyszóval az anyag szupravezető képességgel és szuperfolyékonysággal szuperszubsztanciává válik.

Az abszolút nulla hőmérséklet a gyakorlatban elérhetetlen, az azt minél közelebbi hőmérsékletek elérése összetett kísérleti probléma, de már sikerült olyan hőmérsékletet kapni, amely csak milliomod foknyi távolságra van az abszolút nullától. .

Határozzuk meg az abszolút nulla értékét a Celsius-skálán úgy, hogy a V térfogatot nullával egyenlővé tesszük, és figyelembe vesszük, hogy

Ezért az abszolút nulla hőmérséklet -273 °C.

Ez a természetben a korlátozó, legalacsonyabb hőmérséklet, a „legnagyobb vagy utolsó hidegfok”, amelynek létezését Lomonoszov megjósolta.

1. ábra. Abszolút skála és Celsius skála

Az abszolút hőmérséklet SI mértékegységét kelvinnek (rövidítve K) nevezzük. Ezért egy Celsius-fok egyenlő egy Kelvin-fokkal: 1 °C = 1 K.

Így az abszolút hőmérséklet egy derivált mennyiség, amely a Celsius-hőmérséklettől és a kísérletileg meghatározott értékétől függ. Ennek azonban alapvető jelentősége van.

A molekuláris kinetikai elmélet szempontjából az abszolút hőmérséklet az atomok vagy molekulák véletlenszerű mozgásának átlagos kinetikai energiájához kapcsolódik. T = 0 K-nál a molekulák hőmozgása leáll.

2. Történelem

Az "abszolút nulla hőmérséklet" fizikai fogalma nagyon fontos a modern tudomány számára: szorosan kapcsolódik hozzá egy olyan fogalom, mint a szupravezetés, amelynek felfedezése nagy feltűnést keltett a 20. század második felében.

Ahhoz, hogy megértsük, mi az abszolút nulla, olyan híres fizikusok munkáira kell hivatkoznunk, mint G. Fahrenheit, A. Celsius, J. Gay-Lussac és W. Thomson. Ők játszottak kulcsszerepet a ma is használatos fő hőmérsékleti skálák létrehozásában.

Az első, aki 1714-ben felajánlotta saját hőmérsékleti skáláját, G. Fahrenheit német fizikus volt. Ugyanakkor a havat és ammóniát tartalmazó keverék hőmérsékletét abszolút nullának vettük, vagyis a skála legalacsonyabb pontjának. A következő fontos mutató az emberi test normál hőmérséklete volt, amely kezdett 1000-re emelkedni. Ennek megfelelően a skála minden felosztását „Fahrenheit-foknak”, magát a skálát pedig „Fahrenheit-skálának” nevezték.

30 év után A. Celsius svéd csillagász saját hőmérsékleti skálát javasolt, ahol a fő pontok a jég olvadáspontja és a víz forráspontja voltak. Ezt a skálát "Celsius-skálának" nevezték, még mindig népszerű a világ legtöbb országában, beleértve Oroszországot is.

1802-ben, híres kísérletei során J. Gay-Lussac francia tudós felfedezte, hogy a gáztömeg térfogata állandó nyomás közvetlenül függ a hőmérséklettől. De a legkülönösebb az volt, hogy amikor a hőmérséklet 10 Celsius-fokkal változott, a gáz térfogata ugyanannyival nőtt vagy csökkent. A szükséges számítások elvégzése után Gay-Lussac megállapította, hogy ez az érték megegyezik a gáz térfogatának 1/273-ával. Ebből a törvényből a nyilvánvaló következtetés következett: a -273 ° C-nak megfelelő hőmérséklet a legalacsonyabb hőmérséklet, amelyet még megközelíteni sem lehet elérni. Ezt a hőmérsékletet "abszolút nulla hőmérsékletnek" nevezik. Sőt, az abszolút nulla lett az abszolút hőmérsékleti skála megalkotásának kiindulópontja, amelyben W. Thomson angol fizikus, más néven Lord Kelvin is aktívan részt vett. Fő kutatása annak bizonyítására irányult, hogy a természetben egyetlen testet sem lehet abszolút nulla alá hűteni. Ugyanakkor aktívan alkalmazta a termodinamika második főtételét, amelyet 1848-ban vezetett be. abszolút skála A hőmérséklet termodinamikai vagy „Kelvin-skálaként” vált ismertté. A következő években és évtizedekben az „abszolút nulla” fogalmának csak számszerű finomítására került sor.

2. ábra. A Fahrenheit (F), Celsius (C) és Kelvin (K) hőmérsékleti skálák kapcsolata.

Azt is érdemes megjegyezni, hogy az abszolút nulla nagyon fontos szerepet játszik az SI rendszerben. A helyzet az, hogy 1960-ban a következő Általános Súly- és Mértékkonferencián a termodinamikai hőmérséklet mértékegysége - a kelvin - a hat alapvető mértékegység egyike lett. Ugyanakkor konkrétan kikötötték, hogy egy fok Kelvin

számszerűen egy Celsius-fokkal egyenlő, csak itt a "Kelvin szerinti" vonatkoztatási pont abszolút nullának számít.

Az abszolút nulla fő fizikai jelentése az, hogy az alapvető fizikai törvények szerint ilyen hőmérsékleten az elemi részecskék, például az atomok és a molekulák mozgási energiája nullával egyenlő, és ebben az esetben minden kaotikus mozgás ezeknek a részecskéknek meg kell állniuk. Abszolút nullával egyenlő hőmérsékleten az atomoknak és molekuláknak világos helyet kell foglalniuk a kristályrács fő pontjaiban, rendezett rendszert alkotva.

Jelenleg speciális berendezések segítségével a tudósok csak néhány milliomoddal magasabb hőmérsékletet tudtak elérni az abszolút nullánál. Ezt az értéket a termodinamika második főtétele miatt fizikailag lehetetlen elérni.

3. Abszolút nulla közelében megfigyelt jelenségek

Az abszolút nullához közeli hőmérsékleten makroszkopikus szinten tisztán kvantumhatások figyelhetők meg, mint pl.

1. Szupravezetés - egyes anyagok azon tulajdonsága, hogy szigorúan nulla elektromos ellenállással rendelkeznek, amikor egy bizonyos érték (kritikus hőmérséklet) alatti hőmérsékletet érnek el. Több száz vegyület, tiszta elem, ötvözet és kerámia ismert, amelyek szupravezető állapotba kerülnek.

A szupravezetés kvantumjelenség. Jellemzője a Meissner-effektus is, amely abban áll, hogy a mágneses mezőt a szupravezető nagy részéből teljesen elmozdítják. Ennek a hatásnak a megléte azt mutatja, hogy a szupravezetés nem írható le egyszerűen a klasszikus értelemben vett ideális vezetőképességnek. Nyitás 1986-1993 számos magas hőmérsékletű szupravezető (HTSC) messze kitolta a szupravezetés hőmérsékleti határát, és lehetővé tette a szupravezető anyagok gyakorlati alkalmazását nem csak a folyékony hélium hőmérsékletén (4,2 K), hanem a folyékony nitrogén forráspontján (77 K) is. ), sokkal olcsóbb kriogén folyadék.

2. Szuperfolyékonyság - egy speciális állapotú anyag (kvantumfolyadék) képessége, amely akkor következik be, amikor a hőmérséklet abszolút nullára esik (termodinamikai fázis), hogy szűk réseken és kapillárisokon súrlódás nélkül áramoljon. Egészen a közelmúltig a szuperfolyékonyság csak a folyékony héliumról volt ismert, de ben utóbbi évek szuperfolyékonyságot más rendszerekben is felfedeztek: ritkított atomi Bose kondenzátumokban, szilárd héliumban.

A szuperfolyékonyság magyarázata az alábbiak szerint történik. Mivel a hélium atomok bozonok, a kvantummechanika lehetővé teszi, hogy tetszőleges számú részecske legyen ugyanabban az állapotban. Az abszolút nulla hőmérséklethez közel minden hélium atom földi energiaállapotban van. Mivel az állapotok energiája diszkrét, az atom nem bármilyen energiát kaphat, hanem csak olyat, amely egyenlő a szomszédos energiaszintek közötti energiaréssel. De alacsony hőmérsékleten az ütközési energia kisebb lehet, mint ez az érték, aminek következtében az energiaeloszlás egyszerűen nem következik be. A folyadék súrlódás nélkül fog folyni.

3. A Bose-Einstein kondenzátum egy aggregált halmazállapot, amely az abszolút nullához közeli hőmérsékletre hűtött bozonokon alapul (kevesebb mint egy milliomod fok az abszolút nulla felett). Ilyen erősen lehűtött állapotban kellően nagy számú atom kerül a lehető legkisebb kvantumállapotba, és a kvantumhatások kezdenek megnyilvánulni makroszkopikus szinten.

Következtetés

Az abszolút nullához közeli anyag tulajdonságainak tanulmányozása nagy érdeklődést mutat a tudomány és a technológia számára.

Az anyag számos tulajdonsága, amelyet szobahőmérsékleten hőjelenségek (például hőzaj) takarnak el, a hőmérséklet csökkenésével egyre jobban megnyilvánulnak, lehetővé téve az adott anyagban rejlő mintázatok és összefüggések tiszta formájában történő tanulmányozását. . Az alacsony hőmérséklettel kapcsolatos kutatások számos új természeti jelenség felfedezését tette lehetővé, mint például a hélium szuperfolyékonysága és a fémek szupravezetése.

Alacsony hőmérsékleten az anyagok tulajdonságai drámaian megváltoznak. Egyes fémek megnövelik szilárdságukat, képlékenysé válnak, mások törékennyé válnak, mint az üveg.

A fizikai-kémiai tulajdonságok alacsony hőmérsékleten történő vizsgálata lehetővé teszi a jövőben új, előre meghatározott tulajdonságokkal rendelkező anyagok létrehozását. Mindez nagyon értékes űrhajók, állomások és műszerek tervezése és kivitelezése szempontjából.

Ismeretes, hogy a kozmikus testek radarvizsgálata során a vett rádiójel nagyon kicsi, és nehéz megkülönböztetni a különféle zajoktól. A tudósok által nemrégiben megalkotott molekuláris oszcillátorok és erősítők nagyon alacsony hőmérsékleten működnek, ezért nagyon alacsony zajszinttel rendelkeznek.

A fémek, félvezetők és dielektrikumok alacsony hőmérsékletű elektromos és mágneses tulajdonságai alapvetően új, mikroszkopikus méretű rádiótechnikai eszközök kifejlesztését teszik lehetővé.

Rendkívül alacsony hőmérsékletet használnak a vákuum létrehozására, amely például az óriási nukleáris részecskegyorsítók működéséhez szükséges.

Bibliográfia

1. http://wikipedia.org
2. http://rudocs.exdat.com
3. http://fb.ru

Rövid leírás

A kutatók évek óta támadják az abszolút nulla hőmérsékletet. Mint tudják, az abszolút nullával egyenlő hőmérséklet egy sok részecske rendszerének alapállapotát jellemzi - azt a lehető legalacsonyabb energiájú állapotot, amelyben az atomok és molekulák az úgynevezett "nulla" rezgéseket hajtják végre. Így az abszolút nullához közeli mélyhűtés (úgy véljük, maga az abszolút nulla a gyakorlatban elérhetetlen) korlátlan lehetőségeket nyit meg az anyag tulajdonságainak tanulmányozására.

Mi az abszolút nulla (gyakrabban - nulla)? Valóban létezik ez a hőmérséklet bárhol az univerzumban? Le lehet hűteni bármit abszolút nullára a való életben? Ha azon tűnődsz, hogy sikerül-e túlszárnyalni a hideghullámot, fedezzük fel a hideg hőmérséklet legtávolabbi határait...

Mi az abszolút nulla (gyakrabban - nulla)? Valóban létezik ez a hőmérséklet bárhol az univerzumban? Le lehet hűteni bármit abszolút nullára a való életben? Ha azon tűnődsz, hogy sikerül-e túlszárnyalni a hideghullámot, fedezzük fel a hideg hőmérséklet legtávolabbi határait...

Még ha nem is vagy fizikus, valószínűleg ismeri a hőmérséklet fogalmát. A hőmérséklet az anyag belső véletlenszerű energiájának mértéke. A „belső” szó nagyon fontos. Dobj egy hógolyót, és bár a fő mozgás elég gyors lesz, a hógolyó meglehetősen hideg marad. Másrészt, ha megnézzük a levegőmolekulákat, amelyek egy szobában repülnek, egy közönséges oxigénmolekula több ezer kilométeres óránkénti sebességgel sül el.

Hajlamosak vagyunk hallgatni a műszaki részletekről, ezért csak a szakértők kedvéért jegyezzük meg, hogy a hőmérséklet egy kicsit bonyolultabb, mint mondtuk. A hőmérséklet valódi meghatározása az, hogy mennyi energiát kell elköltenie az egyes entrópiaegységekhez (rendellenesség, ha jobb szót akarunk). De hagyjuk ki a finomságokat, és csak arra a tényre koncentráljunk, hogy a jégben lévő véletlenszerű levegő- vagy vízmolekulák egyre lassabban mozognak vagy rezegnek, ahogy a hőmérséklet csökken.

Az abszolút nulla -273,15 Celsius-fok, -459,67 Fahrenheit és mindössze 0 Kelvin. Ez az a pont, ahol a hőmozgás teljesen leáll.

Minden leáll?

A kérdés klasszikus megfontolásában minden megáll az abszolút nullánál, de ebben a pillanatban a kvantummechanika iszonyatos pofája kandikál ki a sarok mögül. A kvantummechanika egyik jóslata, amely nem kevés fizikus vérét beszennyezte, az, hogy soha nem lehet teljes bizonyossággal megmérni egy részecske pontos helyzetét vagy lendületét. Ezt Heisenberg-féle bizonytalansági elvnek nevezik.

Ha egy lezárt helyiséget abszolút nullára tudna hűteni, furcsa dolgok történnének (erről egy pillanat alatt bővebben). A légnyomás majdnem nullára csökkenne, és mivel a légnyomás általában ellentétes a gravitációval, a levegő nagyon vékony réteggé omlana össze a padlón.

De még így is, ha meg tudod mérni az egyes molekulákat, valami érdekeset találsz: vibrálnak és forognak, eléggé – kvantumbizonytalanság működik. Az i-ek pontozásához, ha megméri a szén-dioxid molekulák forgását abszolút nullán, azt találja, hogy az oxigénatomok több kilométer per óra sebességgel keringenek a szén körül – sokkal gyorsabban, mint gondolta.

A beszélgetés megtorpan. Amikor a kvantumvilágról beszélünk, a mozgás elveszti értelmét. Ezeken a skálákon mindent a bizonytalanság határoz meg, tehát nem arról van szó, hogy a részecskék mozdulatlanok, egyszerűen soha nem lehet úgy mérni őket, mintha állók lennének.

Milyen mélyre eshet?

Az abszolút nullára való törekvés lényegében ugyanazoknak a problémáknak felel meg, mint a fénysebességre való törekvés. A fénysebesség eléréséhez végtelen mennyiségű energia szükséges, az abszolút nulla eléréséhez pedig végtelen mennyiségű hő kinyeréséhez. Mindkét folyamat lehetetlen, ha valami.

Annak ellenére, hogy még nem értük el az abszolút nulla tényleges állapotát, nagyon közel vagyunk hozzá (bár a "nagyon" ebben az esetben nagyon laza fogalom; mint egy gyerekszámláló mondóka: kettő, három, négy, négy és egy fél, négy egy húron, négy egy szál, öt). A Földön valaha mért legalacsonyabb hőmérséklet az Antarktiszon volt 1983-ban, -89,15 Celsius-fok (184K).

Persze, ha gyerekként akar hűsölni, be kell merülnie a világűr mélyére. Az egész univerzumot elárasztják az ősrobbanásból származó sugárzás maradványai, az űr legüresebb részein - 2,73 Kelvin-fok, ami valamivel hidegebb, mint a folyékony hélium hőmérséklete, amelyet egy évszázaddal ezelőtt tudtunk elérni a Földön.

Az alacsony hőmérsékletű fizikusok azonban fagysugarakat használnak a technológia következő szintre emelésére. új szint. Meglepheti, hogy a fagysugarak lézerek formájában jelennek meg. De hogyan? A lézereknek égniük kell.

Ez így van, de a lézereknek van egy tulajdonsága – akár azt is mondhatnánk, hogy egy ultimátum: minden fényt ugyanazon a frekvencián bocsátanak ki. A közönséges semleges atomok egyáltalán nem lépnek kölcsönhatásba a fénnyel, kivéve, ha a frekvencia finomhangolású. Ha az atom a fényforrás felé repül, a fény Doppler eltolódást kap, és magasabb frekvenciára megy. Egy atom kevesebb fotonenergiát nyel el, mint amennyit képes lenne. Tehát ha lejjebb állítja a lézert, a gyorsan mozgó atomok elnyelik a fényt, és a foton véletlenszerű irányú kibocsátása átlagosan egy kis energiát veszít. Ha megismétli a folyamatot, lehűtheti a gázt kevesebb mint egy nanoKelvinre, egy milliárdod fokra.

Minden szélsőségesebbé válik. A leghidegebb hőmérséklet világrekordja kevesebb, mint egytizedmilliárd fokkal az abszolút nulla felett. Azok az eszközök, amelyek ezt elérik, az atomokat mágneses mezőkbe zárják. A "hőmérséklet" nem annyira maguktól az atomoktól, hanem az atommagok spinétől függ.

Most, hogy helyreállítsuk az igazságszolgáltatást, álmodoznunk kell egy kicsit. Ha általában azt képzeljük, hogy valami egymilliárd fokig fagyott, akkor biztosan képet kapunk arról, hogy még a levegőmolekulák is megfagynak a helyükön. Akár egy pusztító apokaliptikus eszközt is el lehet képzelni, amely lefagyasztja az atomok forgását.

Végső soron, ha valóban alacsony hőmérsékletet szeretne tapasztalni, csak várnia kell. Körülbelül 17 milliárd év után az Univerzum sugárzási háttere lehűl 1K-ra. 95 milliárd év múlva a hőmérséklet körülbelül 0,01 K lesz. 400 milliárd év múlva a mélyűr olyan hideg lesz, mint a Föld leghidegebb kísérlete, és még hidegebb lesz utána.

Ha kíváncsi, miért hűl le olyan gyorsan az univerzum, mondjon köszönetet régi barátainknak: az entrópia és a sötét energia. Az univerzum gyorsuló üzemmódban van, és az exponenciális növekedés időszakába lép, amely örökké tart. A dolgok nagyon gyorsan lefagynak.

Mi a dolgunk?

Mindez persze csodálatos, és a rekordok megdöntése is szép. De mi értelme van? Nos, sok jó oka van annak, hogy megértsük a hőmérsékleti alföldeket, és nem csak győztesként.

A National Institute of Standards and Technology jófiúi például csak menő órákat szeretnének készíteni. Az időszabványok olyan dolgokon alapulnak, mint a céziumatom frekvenciája. Ha a céziumatom túl sokat mozog, akkor a mérések bizonytalanságban szenvednek, ami végül az óra meghibásodását okozza.

De ami még fontosabb, különösen tudományos szempontból, az anyagok rendkívül alacsony hőmérsékleten őrülten viselkednek. Például ahogy a lézer egymással szinkronizált fotonokból áll - azonos frekvencián és fázisban -, úgy jöhet létre a Bose-Einstein kondenzátumként ismert anyag. Ebben az összes atom azonos állapotban van. Vagy képzeljünk el egy amalgámot, amelyben minden atom elveszti egyéniségét, és az egész tömeg egyetlen null szuperatomként reagál.

Nagyon alacsony hőmérsékleten sok anyag szuperfolyékony lesz, ami azt jelenti, hogy teljesen viszkózusak, ultravékony rétegekbe halmozódhatnak fel, és még a gravitációval is szembeszállhatnak, hogy minimális energiát érjenek el. Alacsony hőmérsékleten is sok anyag szupravezetővé válik, ami azt jelenti, hogy nincs elektromos ellenállásuk.

A szupravezetők képesek úgy reagálni a külső mágneses mezőkre, hogy teljesen kioltják azokat a fém belsejében. Ennek eredményeként kombinálhatja a hideg hőmérsékletet és a mágnest, és olyasmit kaphat, mint a levitáció.

Miért van abszolút nulla, de nincs abszolút maximum?

Nézzük a másik végletet. Ha a hőmérséklet csak az energia mértéke, akkor elképzelhető, hogy az atomok egyre közelebb kerülnek a fénysebességhez. Nem mehet ez a végtelenségig, ugye?

Van egy rövid válasz: nem tudjuk. Teljesen lehetséges, hogy szó szerint létezik olyan dolog, mint a végtelen hőmérséklet, de ha van abszolút határ, a korai univerzum elég érdekes támpontokat ad arra vonatkozóan, hogy mi is az. A legtöbb hőség ami valaha is létezett (legalábbis a mi univerzumunkban), valószínűleg az úgynevezett „Planck-időben” történt.

Egy pillanat 10^-43 másodperc volt az Ősrobbanás után, amikor a gravitáció elvált a kvantummechanikától és a fizikától, pontosan azzá vált, amilyen most. A hőmérséklet akkoriban körülbelül 10^32 K volt. Ez szeptilliószor melegebb, mint a mi Napunk belsejében.

Egyáltalán nem vagyunk biztosak abban, hogy ez a valaha volt legmelegebb hőmérséklet. Mivel Planck idejében még nagy modellünk sem volt az univerzumról, még abban sem vagyunk biztosak, hogy az univerzum ebbe az állapotba forrt. Mindenesetre sokszor közelebb vagyunk az abszolút nullához, mint az abszolút hőhez.

Abszolút nulla (abszolút nulla) - az abszolút hőmérséklet kezdete, 273,16 K-vel a víz hármaspontja alatt (három fázis egyensúlyi pontja - jég, víz és vízgőz); abszolút nullánál a molekulák mozgása leáll, és "nulla" mozgási állapotba kerülnek. Vagy: a legalacsonyabb hőmérséklet, amelyen az anyag nem tartalmaz hőenergiát.

Abszolút nulla Rajt abszolút hőmérséklet leolvasás. -273,16 °C-nak felel meg. Jelenleg a fizikai laboratóriumoknak az abszolút nullát csak néhány milliomod fokkal meghaladó hőmérsékletet sikerült elérniük, de a termodinamika törvényei szerint ez lehetetlen. Abszolút nullán a rendszer a lehető legalacsonyabb energiájú állapotban lenne (ebben az állapotban az atomok és molekulák "nulla" rezgést keltenek), és nulla entrópiája (nulla) rendellenesség). Az ideális gáz térfogatának az abszolút nulla pontban egyenlőnek kell lennie nullával, és ennek a pontnak a meghatározásához a valódi hélium gáz térfogatát mérjük következetes csökkenti a hőmérsékletet, amíg alacsony nyomáson (-268,9 °C) cseppfolyósodik, és extrapolál arra a hőmérsékletre, amelyen a gáz térfogata nullára csökkenne cseppfolyósítás hiányában. Abszolút hőmérséklet termodinamikai A skála kelvinben van mérve, a K szimbólummal jelölve. Abszolút termodinamikai a skála és a Celsius-skála egyszerűen eltolódik egymáshoz képest, és összefügg a K = °C + 273,16 ° összefüggéssel.

Sztori

A "hőmérséklet" szó akkor keletkezett, amikor az emberek azt hitték, hogy a forróbb testek nagyobb mennyiségű speciális anyagot tartalmaznak - kalóriatartalmúak, mint a kevésbé felhevültek. Ezért a hőmérsékletet a testanyag és a kalória keverékének erősségeként fogták fel. Emiatt az alkoholtartalmú italok erősségének és hőmérsékletének mértékegységeit azonosnak nevezik - foknak.

Abból, hogy a hőmérséklet a molekulák kinetikus energiája, egyértelmű, hogy a legtermészetesebb energiaegységekben (az SI rendszerben joule-ban) mérni. A hőmérsékletmérés azonban jóval a molekuláris kinetikai elmélet megalkotása előtt elkezdődött, így a gyakorlati mérlegek a hőmérsékletet hagyományos mértékegységekben - fokokban - mérik.

Kelvin skála

A termodinamikában a Kelvin-skálát használják, amelyben a hőmérsékletet az abszolút nullától (a test elméletileg lehetséges minimális belső energiájának megfelelő állapottól) mérik, és egy kelvin egyenlő az abszolút nullától való távolság 1/273,16-ával. a víz hármaspontja (az az állapot, amelyben a jég, a víz és a víz párok egyensúlyban vannak. A Boltzmann-állandót a kelvinek energiaegységekké alakítására használják. Származtatott mértékegységeket is használnak: kilokelvin, megakelvin, millikelvin stb.

Celsius

A mindennapi életben a Celsius-skálát használják, amelyben a víz fagyáspontját 0-nak, a víz forráspontját 100 °-nak veszik. légköri nyomás. Mivel a víz fagyás- és forráspontja nincs pontosan meghatározva, a Celsius-skála jelenleg a Kelvin-skála szerint van meghatározva: Celsius-fok egyenlő kelvinnel, az abszolút nulla értéke –273,15 °C. A Celsius-skála gyakorlatilag nagyon kényelmes, hiszen a víz nagyon elterjedt bolygónkon, és életünk is ezen alapul. A nulla Celsius a meteorológia különleges pontja, hiszen a légköri víz befagyása mindent jelentősen megváltoztat.

Fahrenheit

Angliában és különösen az USA-ban a Fahrenheit skálát használják. Ezt a skálát 100 fokkal osztják el a Fahrenheit élt város leghidegebb télének hőmérsékletétől az emberi test hőmérsékletéhez. A nulla Celsius-fok 32 Fahrenheit-fok, a Fahrenheit-fok pedig 5/9 Celsius-fok.

A Fahrenheit-skála jelenlegi meghatározása: hőmérsékleti skála, amelynek 1 foka (1 °F) egyenlő a víz forráspontja és a jég légköri nyomáson történő olvadása közötti különbség 1/180-ával, a jég olvadáspontja pedig +32 °F. A Fahrenheit-skála hőmérséklete a Celsius-skála hőmérsékletéhez (t ° C) kapcsolódik a t ° C \u003d 5/9 (t ° F - 32), 1 ° F \u003d 5/9 ° C arányban. G. Fahrenheit javasolta 1724-ben.

Reaumur skála

1730-ban javasolta R. A. Reaumur, aki leírta az általa feltalált alkoholhőmérőt.

Mértékegység - Réaumur-fok (°R), 1 °R egyenlő a referenciapontok közötti hőmérséklet-intervallum 1/80-ával - az olvadó jég (0 °R) és a forrásban lévő víz hőmérséklete (80 °R)

1°R = 1,25°C.

A mérleg jelenleg használaton kívül van, a leghosszabb ideig Franciaországban, a szerző szülőföldjén őrzik meg.

A hőmérsékleti skálák összehasonlítása

A normál emberi testhőmérséklet 36,6 °C ±0,7 °C vagy 98,2 °F ±1,3 °F. Az általánosan jegyzett 98,6 °F érték a 19. századi német 37 °C érték pontos Fahrenheit-átváltása. Mivel ez az érték a mai fogalmak szerint nem esik a normál hőmérsékleti tartományba, ezért azt mondhatjuk, hogy túlzott (hibás) pontosságot tartalmaz. Ebben a táblázatban néhány értéket kerekítettek.

Fahrenheit és Celsius skála összehasonlítása

(nak,-nek- Fahrenheit skála, oC- Celsius skála)

A Celsius-fok kelvinre konvertálásához használja a képletet T=t+T0 ahol T a hőmérséklet kelvinben, t a hőmérséklet Celsius-fokban, T 0 =273,15 kelvin. Egy Celsius-fok mérete egyenlő egy kelvinnel.