Suhu mutlak nol kelvin. Suhu nol mutlak

NOL MUTLAK
titik acuan suhu mutlak... Sesuai dengan -273,16 ° C. Saat ini, di laboratorium fisika, dimungkinkan untuk memperoleh suhu yang melebihi nol mutlak hanya dengan sepersejuta derajat, tetapi tidak mungkin untuk mencapainya, menurut hukum termodinamika. Pada nol mutlak, sistem akan berada dalam keadaan dengan energi serendah mungkin (dalam keadaan ini, atom dan molekul akan melakukan getaran "nol") dan akan memiliki entropi nol (ketidakteraturan nol). Volume gas ideal pada titik nol mutlak harus sama dengan nol, dan untuk menentukan titik ini, volume gas helium nyata diukur dengan penurunan suhu secara berurutan hingga dicairkan pada tekanan rendah (-268,9 ° C ) dan ekstrapolasi ke suhu di mana volume gas tanpa adanya pencairan akan hilang. Suhu pada skala termodinamika absolut diukur dalam kelvin, yang dilambangkan dengan simbol K. Skala termodinamika absolut dan skala Celsius hanya digeser relatif satu sama lain dan dihubungkan dengan rasio K = ° C + 273,16 °.
Lihat juga
PANAS;
FISIKA SUHU RENDAH;
UNIT PENGUKURAN KUANTITAS FISIK.
LITERATUR
Mendelssohn K. Menuju nol mutlak. M., 1971 Landau L.D., Lifshits E.M. Fisika teoretis. M., 1973

Ensiklopedia Collier. - Masyarakat Terbuka. 2000 .

Lihat apa itu "ABSOLUTE ZERO" di kamus lain:

Suhu, asal pembacaan suhu pada skala suhu termodinamika (lihat SKALA SUHU TERMODINAMIKA). nol mutlak terletak di 273,16 ° di bawah suhu titik tripel (lihat TITIK TRIPLE) air, yang diterima ... ... kamus ensiklopedis

Suhu, asal mula suhu pada skala suhu termodinamika. Nol mutlak terletak 273,16 ° C di bawah titik tripel air (0,01 ° C). Nol mutlak pada dasarnya tidak dapat dicapai, suhu praktis telah tercapai, ... ... Ensiklopedia modern

Suhu asal suhu pada skala suhu termodinamika. Nol mutlak terletak pada 273,16 ° C di bawah suhu titik tripel air, yang diambil nilai 0,01 ° C. Nol mutlak pada dasarnya tidak dapat dicapai (lihat ... ... Kamus Ensiklopedis Besar

Suhu, yang menyatakan tidak adanya kehangatan, sama dengan 218 ° C. Kamus kata-kata asing termasuk dalam bahasa Rusia. Pavlenkov F., 1907. suhu nol mutlak (fisik) - suhu serendah mungkin (273,15 ° C). kamus besar… … Kamus kata-kata asing dari bahasa Rusia

nol mutlak- Sangat suhu rendah, di mana pergerakan termal molekul berhenti, dalam skala Kelvin, nol mutlak (0 ° K) sesuai dengan -273,16 ± 0,01 ° ... Kamus Geografi

Sekarang, jumlah sinonim: 15 bulat nol (8) orang kecil (32) goreng kecil ... Kamus sinonim

Suhu yang sangat rendah di mana pergerakan termal molekul berhenti. Tekanan dan volume gas ideal, menurut hukum Mariotte Boyle, menjadi sama dengan nol, dan titik awal untuk suhu absolut pada skala Kelvin diambil ... ... Kamus Ekologi

nol mutlak- - [AS Goldberg. Kamus Energi Bahasa Inggris Rusia. 2006] Topik energi secara umum EN zeropoint ... Panduan penerjemah teknis

nol mutlak- absoliutusis nulis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Termodinaminės temperatros atskaitos pradžia, esanti 273.16 K emiau vandens trigubojo taško. Tai 273,16 ° C, 459,69 ° F arba 0 K temperatūra. atitikmenys: sudut. ... ... Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų odynas

nol mutlak- absoliutusis nulis statusas T sritis chemija apibrėžtis Kelvino skalės nulis (−273.16 ° C). atitikmenys: sudut. nol mutlak rus. nol mutlak... Chemijos terminų aiškinamesis odynas

Lembaga Pendidikan Anggaran Negara Federal Pendidikan Profesional Tinggi

Universitas Pedagogis Negeri Voronezh

Jurusan Fisika Umum

pada topik: "Suhu nol mutlak"

Selesai: mahasiswa tahun pertama, FMF,

PI, Kondratenko Irina Alexandrovna

Diperiksa oleh: Asisten Departemen Umum

Fisikawan G.V. Afonin

Voronezh-2013

Pengantar ………………………………………………………. 3

1.Nol mutlak ……………………………………… … 4

2.Riwayat ……………………………………………………… 6

3. Fenomena yang teramati mendekati nol mutlak ……… ..9

Kesimpulan ……………………………………………………… 11

Daftar literatur yang digunakan ………………………… ..12

pengantar

Selama bertahun-tahun, para peneliti telah mendekati suhu nol mutlak. Seperti yang Anda ketahui, suhu yang sama dengan nol mutlak mencirikan keadaan dasar sistem banyak partikel - keadaan dengan energi serendah mungkin, di mana atom dan molekul melakukan apa yang disebut getaran "nol". Jadi, pendinginan dalam, mendekati nol mutlak (diyakini bahwa nol mutlak itu sendiri tidak mungkin dicapai dalam praktik), membuka kemungkinan tak terbatas untuk mempelajari sifat-sifat materi.

1. Nol mutlak

Suhu nol mutlak (lebih jarang - suhu nol mutlak) adalah batas suhu minimum yang dapat dimiliki oleh tubuh fisik di Semesta. Nol mutlak adalah asal dari skala suhu absolut, seperti skala Kelvin. Pada tahun 1954, Konferensi Umum X tentang Berat dan Ukuran menetapkan skala suhu termodinamika dengan satu titik referensi - titik tripel air, yang suhunya diambil 273,16 K (tepat), yang sesuai dengan 0,01 ° C, sehingga pada Skala Celcius, suhu sesuai dengan nol mutlak 273.15 ° C.

Dalam kerangka penerapan termodinamika, nol mutlak tidak dapat dicapai dalam praktik. Keberadaan dan posisinya pada skala suhu mengikuti dari ekstrapolasi fenomena fisik yang diamati, sementara ekstrapolasi tersebut menunjukkan bahwa pada nol mutlak energi gerakan termal molekul dan atom suatu zat harus sama dengan nol, yaitu, kekacauan. pergerakan partikel berhenti, dan mereka membentuk struktur yang teratur, menempati posisi yang jelas di simpul kisi kristal (pengecualian helium cair). Namun, dari sudut pandang fisika kuantum dan pada suhu nol mutlak, ada osilasi titik nol, yang disebabkan oleh sifat kuantum partikel dan vakum fisik yang mengelilinginya.

Ketika suhu sistem cenderung nol mutlak, entropi, kapasitas panas, koefisien muai panasnya juga cenderung nol, dan gerakan kacau partikel yang membentuk sistem berhenti. Singkatnya, materi menjadi super-materi dengan superkonduktivitas dan superfluiditas.

Dalam praktiknya, suhu nol mutlak tidak dapat dicapai, dan memperoleh suhu yang sangat dekat dengannya adalah masalah eksperimental yang sulit, tetapi suhu telah diperoleh yang hanya sepersejuta derajat dari nol mutlak. ...

Temukan nilai nol mutlak pada skala Celsius, menyamakan volume V dengan nol dan memperhitungkan bahwa

Jadi, suhu nol mutlak adalah -273 °C.

Ini adalah suhu ekstrem, suhu terendah di alam, "derajat dingin tertinggi atau terakhir", yang keberadaannya diprediksi oleh Lomonosov.

Gambar 1. Skala mutlak dan skala Celcius

Satuan SI untuk suhu mutlak disebut kelvin (disingkat K). Oleh karena itu, satu derajat pada skala Celcius sama dengan satu derajat pada skala Kelvin: 1 ° C = 1 K.

Jadi, suhu mutlak adalah besaran turunan yang bergantung pada suhu Celcius dan pada nilai yang ditentukan secara eksperimental dari a. Namun, itu sangat penting.

Dari sudut pandang teori kinetik molekuler, suhu absolut berhubungan dengan energi kinetik rata-rata dari gerakan atom atau molekul yang kacau balau. Pada T = O K, gerakan termal molekul berhenti.

2. Sejarah

Konsep fisik "suhu nol mutlak" sangat penting bagi ilmu pengetahuan modern: ini terkait erat dengan konsep seperti superkonduktivitas, yang penemuannya membuat percikan pada paruh kedua abad kedua puluh.

Untuk memahami apa itu nol mutlak, kita harus beralih ke karya fisikawan terkenal seperti G. Fahrenheit, A. Celsius, J. Gay-Lussac dan W. Thomson. Mereka memainkan peran kunci dalam pembuatan skala suhu utama yang digunakan sampai sekarang.

Yang pertama menawarkan skala suhu pada tahun 1714 adalah fisikawan Jerman G. Fahrenheit. Pada saat yang sama, suhu campuran, yang meliputi salju dan amonia, diambil sebagai nol mutlak, yaitu, untuk titik terendah skala ini. Indikator penting berikutnya adalah suhu tubuh manusia normal, yang menjadi sama dengan 1000. Dengan demikian, setiap pembagian skala ini disebut "derajat Fahrenheit", dan skala itu sendiri - "skala Fahrenheit".

Tiga puluh tahun kemudian, astronom Swedia A. Celsius mengusulkan skala suhunya sendiri, di mana titik utamanya adalah titik leleh es dan titik didih air. Skala ini disebut "skala Celcius", masih populer di sebagian besar negara di dunia, termasuk Rusia.

Pada tahun 1802, melakukan eksperimennya yang terkenal, ilmuwan Prancis J. Gay-Lussac menemukan bahwa volume massa gas pada tekanan konstan berbanding lurus dengan suhu. Tetapi hal yang paling aneh adalah ketika suhu berubah 10 derajat Celcius, volume gas bertambah atau berkurang dengan jumlah yang sama. Setelah membuat perhitungan yang diperlukan, Gay-Lussac menemukan bahwa nilai ini sama dengan 1/273 volume gas. Kesimpulan berikut mengikuti dari hukum ini: suhu yang sama dengan -273 ° adalah suhu terendah, bahkan ketika Anda mendekatinya, tidak mungkin untuk mencapainya. Suhu inilah yang telah menerima nama "suhu nol mutlak". Selain itu, nol mutlak menjadi titik awal penciptaan skala suhu mutlak, di mana fisikawan Inggris W. Thomson, juga dikenal sebagai Lord Kelvin, mengambil bagian aktif. Penelitian utamanya berkaitan dengan bukti bahwa tidak ada benda di alam yang dapat didinginkan di bawah nol mutlak. Pada saat yang sama, ia secara aktif menggunakan hukum kedua termodinamika, oleh karena itu, diperkenalkan olehnya pada tahun 1848 skala mutlak suhu mulai disebut termodinamika atau "skala Kelvin". Pada tahun-tahun dan dekade berikutnya, hanya penyempurnaan numerik dari konsep "nol mutlak" yang terjadi.

Gambar 2. Hubungan antara skala suhu Fahrenheit (F), Celcius (C) dan Kelvin (K).

Perlu juga dicatat bahwa nol mutlak memainkan peran yang sangat penting dalam sistem SI. Masalahnya adalah bahwa pada tahun 1960, pada Konferensi Umum tentang Berat dan Ukuran berikutnya, satuan suhu termodinamika - kelvin - menjadi salah satu dari enam satuan dasar pengukuran. Pada saat yang sama, secara khusus ditetapkan bahwa satu derajat Kelvin

secara numerik sama dengan satu derajat Celcius, hanya di sini titik acuan "menurut Kelvin" dianggap nol mutlak.

Arti fisik utama dari nol mutlak adalah bahwa, menurut hukum fisika dasar, pada suhu seperti itu energi gerak partikel elementer, seperti atom dan molekul, adalah nol, dan dalam hal ini setiap gerakan kacau dari partikel-partikel ini harus berhenti. Pada suhu yang sama dengan nol mutlak, atom dan molekul harus mengambil posisi yang jelas di titik-titik utama kisi kristal, membentuk sistem yang teratur.

Saat ini, dengan menggunakan peralatan khusus, para ilmuwan dapat memperoleh suhu yang hanya beberapa bagian per juta lebih tinggi dari nol mutlak. Secara fisik tidak mungkin untuk mencapai nilai ini sendiri karena hukum kedua termodinamika.

3 Fenomena yang teramati mendekati nol mutlak

Pada suhu mendekati nol mutlak, efek kuantum murni dapat diamati pada tingkat makroskopik, seperti:

1. Superkonduktivitas - sifat beberapa bahan yang memiliki hambatan listrik nol saat mencapai suhu di bawah nilai tertentu (suhu kritis). Beberapa ratus senyawa, elemen murni, paduan, dan keramik diketahui masuk ke keadaan superkonduktor.

Superkonduktivitas adalah fenomena kuantum. Hal ini juga ditandai dengan efek Meissner, yang terdiri dari perpindahan lengkap medan magnet dari sebagian besar superkonduktor. Adanya efek ini menunjukkan bahwa superkonduktivitas tidak dapat digambarkan hanya sebagai konduktivitas ideal dalam pengertian klasik. Dibuka pada tahun 1986-1993 Sejumlah superkonduktor suhu tinggi (HTSC) telah mendorong batas suhu superkonduktivitas jauh dan memungkinkan penggunaan bahan superkonduktor secara praktis tidak hanya pada suhu helium cair (4,2 K), tetapi juga pada titik didih nitrogen cair ( 77 K), cairan kriogenik yang jauh lebih murah.

2. Superfluiditas - kemampuan suatu zat dalam keadaan khusus (cairan kuantum), yang terjadi ketika suhu turun ke nol mutlak (fase termodinamika), untuk mengalir melalui celah sempit dan kapiler tanpa gesekan. Sampai saat ini, superfluiditas hanya dikenal untuk helium cair, tetapi dalam tahun-tahun terakhir superfluiditas juga ditemukan di sistem lain: dalam kondensat Bose atom yang dijernihkan, helium padat.

Superfluiditas dijelaskan sebagai berikut. Karena atom helium adalah boson, mekanika kuantum memungkinkan jumlah partikel yang berubah-ubah berada dalam satu keadaan. Mendekati suhu nol mutlak, semua atom helium berada dalam keadaan energi dasar. Karena energi keadaan adalah diskrit, atom tidak dapat menerima energi apa pun, tetapi hanya energi yang sama dengan celah energi antara tingkat energi yang berdekatan. Tetapi pada suhu rendah, energi tumbukan bisa kurang dari nilai ini, akibatnya disipasi energi tidak akan terjadi. Fluida akan mengalir tanpa gesekan.

3. Bose - Kondensat Einstein adalah keadaan agregat materi, yang dasarnya adalah boson yang didinginkan hingga suhu mendekati nol mutlak (kurang dari sepersejuta derajat di atas nol mutlak). Dalam keadaan sangat dingin seperti itu, sejumlah besar atom menemukan diri mereka dalam keadaan kuantum seminimal mungkin dan efek kuantum mulai memanifestasikan dirinya pada tingkat makroskopik.

Kesimpulan

Studi tentang sifat-sifat materi mendekati nol mutlak sangat menarik bagi sains dan teknologi.

Banyak sifat suatu zat, terselubung pada suhu kamar oleh fenomena termal (misalnya, kebisingan termal), dengan penurunan suhu mulai semakin memanifestasikan dirinya, memungkinkan untuk mempelajari dalam bentuk murni keteraturan dan hubungan yang melekat pada zat tertentu . Penelitian di bidang suhu rendah telah memungkinkan untuk menemukan banyak fenomena alam baru, seperti, misalnya, superfluiditas helium dan superkonduktivitas logam.

Pada suhu rendah, sifat bahan berubah secara dramatis. Beberapa logam meningkatkan kekuatannya, menjadi ulet, yang lain menjadi rapuh, seperti kaca.

Studi sifat fisika dan kimia pada suhu rendah akan memungkinkan di masa depan untuk menciptakan zat baru dengan sifat yang telah ditentukan. Semua ini sangat berharga untuk desain dan pembuatan pesawat luar angkasa, stasiun, dan instrumen.

Diketahui bahwa dalam studi radar badan antariksa, sinyal radio yang diterima sangat kecil dan sulit untuk dipisahkan dari berbagai kebisingan. Generator dan amplifier molekuler yang dikembangkan baru-baru ini beroperasi pada suhu yang sangat rendah dan oleh karena itu memiliki tingkat kebisingan yang sangat rendah.

Sifat listrik dan magnetik suhu rendah dari logam, semikonduktor, dan dielektrik memungkinkan untuk mengembangkan perangkat teknik radio baru yang fundamental dengan dimensi mikroskopis.

Suhu ultra-rendah digunakan untuk menciptakan vakum yang dibutuhkan, misalnya, untuk mengoperasikan akselerator partikel nuklir raksasa.

Bibliografi

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

Deskripsi Singkat

Selama bertahun-tahun, para peneliti telah mendekati suhu nol mutlak. Seperti yang Anda ketahui, suhu yang sama dengan nol mutlak mencirikan keadaan dasar sistem banyak partikel - keadaan dengan energi serendah mungkin, di mana atom dan molekul melakukan apa yang disebut getaran "nol". Jadi, pendinginan dalam, mendekati nol mutlak (diyakini bahwa nol mutlak itu sendiri tidak dapat dicapai dalam praktik), membuka kemungkinan tak terbatas untuk mempelajari sifat-sifat materi.

Apa itu nol mutlak (biasanya nol)? Apakah suhu ini benar-benar ada di mana saja di alam semesta? Bisakah kita mendinginkan sesuatu hingga nol mutlak dalam kehidupan nyata? Jika Anda bertanya-tanya apakah mungkin untuk berlari lebih cepat dari gelombang dingin, mari kita jelajahi batas terjauh dari suhu dingin ...

Apa itu nol mutlak (biasanya nol)? Apakah suhu ini benar-benar ada di mana saja di alam semesta? Bisakah kita mendinginkan sesuatu hingga nol mutlak dalam kehidupan nyata? Jika Anda bertanya-tanya apakah mungkin untuk berlari lebih cepat dari gelombang dingin, mari kita jelajahi batas terjauh dari suhu dingin ...

Bahkan jika Anda bukan seorang fisikawan, Anda mungkin akrab dengan konsep suhu. Suhu adalah ukuran jumlah energi acak internal dalam suatu bahan. Kata "batin" sangat penting. Lempar bola salju, dan meskipun gerakan utama akan cukup cepat, bola salju akan tetap cukup dingin. Di sisi lain, jika Anda melihat molekul udara yang terbang di sekitar ruangan, molekul oksigen biasa menggoreng dengan kecepatan ribuan kilometer per jam.

Kami cenderung diam dalam hal detail teknis, jadi bagi para ahli kami menunjukkan bahwa suhu sedikit lebih rumit daripada yang kami katakan. Definisi suhu yang sebenarnya berarti berapa banyak energi yang perlu Anda keluarkan untuk setiap unit entropi (berantakan, jika Anda ingin kata yang lebih jelas). Tapi mari kita lewati seluk-beluknya dan berhenti pada fakta bahwa molekul udara atau air acak di dalam es akan bergerak atau bergetar lebih dan lebih lambat saat suhu menurun.

Nol mutlak adalah suhu -273,15 derajat Celcius, -459,67 Fahrenheit dan hanya 0 Kelvin. Ini adalah titik di mana gerakan termal berhenti sepenuhnya.

Apakah semuanya berhenti?

Dalam pertimbangan klasik dari pertanyaan tersebut, semuanya berhenti pada nol mutlak, tetapi pada saat inilah moncong mekanika kuantum yang mengerikan muncul dari sekitar sudut. Salah satu prediksi mekanika kuantum yang telah merusak darah cukup banyak fisikawan adalah bahwa Anda tidak akan pernah bisa mengukur posisi atau momentum tepat dari sebuah partikel dengan kepastian yang sempurna. Ini dikenal sebagai prinsip ketidakpastian Heisenberg.

Jika Anda bisa mendinginkan ruangan kedap udara hingga nol mutlak, hal-hal aneh akan terjadi (lebih lanjut tentang itu sebentar lagi). Tekanan udara akan turun mendekati nol, dan karena tekanan udara biasanya melawan gravitasi, udara runtuh menjadi lapisan yang sangat tipis di lantai.

Namun demikian, jika Anda dapat mengukur molekul individu, Anda akan menemukan sesuatu yang aneh: mereka bergetar dan berputar, sangat sedikit - ketidakpastian kuantum bekerja. Untuk titik i: Jika Anda mengukur rotasi molekul karbon dioksida pada nol mutlak, Anda menemukan bahwa atom oksigen terbang mengelilingi karbon dengan kecepatan beberapa kilometer per jam - jauh lebih cepat dari yang Anda kira.

Percakapan terhenti. Ketika kita berbicara tentang dunia kuantum, gerakan kehilangan maknanya. Pada skala ini, semuanya ditentukan oleh ketidakpastian, jadi bukan karena partikel itu diam, Anda tidak akan pernah bisa mengukurnya seolah-olah mereka diam.

Seberapa rendah Anda bisa jatuh?

Mengejar nol mutlak pada dasarnya menghadapi masalah yang sama dengan mengejar kecepatan cahaya. Dibutuhkan energi dalam jumlah tak terbatas untuk mendapatkan kecepatan cahaya, dan mencapai nol mutlak membutuhkan ekstraksi panas dalam jumlah tak terbatas. Kedua proses ini tidak mungkin, jika ada.

Terlepas dari kenyataan bahwa kita belum mencapai keadaan nol mutlak yang sebenarnya, kita sangat dekat dengan ini (walaupun "sangat" dalam hal ini, konsepnya sangat dapat diperluas; seperti rak hitung anak: dua, tiga, empat, empat setengah, empat di seutas tali, empat di seutas benang, lima). Suhu terendah yang pernah tercatat di Bumi tercatat di Antartika pada tahun 1983, sekitar -89,15 derajat Celcius (184K).

Tentu saja, jika Anda ingin menenangkan diri tidak kekanak-kanakan, Anda perlu menyelam ke kedalaman ruang. Seluruh alam semesta dibanjiri dengan sisa-sisa radiasi dari Big Bang, di wilayah ruang angkasa yang kosong - 2,73 derajat Kelvin, yang sedikit lebih dingin daripada suhu helium cair, yang bisa kita dapatkan di Bumi seabad yang lalu.

Tapi fisikawan suhu rendah menggunakan sinar beku untuk membawa teknologi ke sepenuhnya tingkat baru... Mungkin mengejutkan Anda bahwa sinar beku berbentuk laser. Tapi bagaimana caranya? Laser harus terbakar.

Itu benar, tetapi laser memiliki satu fitur - orang bahkan mungkin mengatakan ultimatum: semua cahaya dipancarkan pada frekuensi yang sama. Atom netral biasa tidak berinteraksi dengan cahaya sama sekali kecuali jika frekuensinya disetel dengan tepat. Jika atom terbang menuju sumber cahaya, cahaya mendapat pergeseran Doppler dan pergi ke frekuensi yang lebih tinggi. Atom menyerap lebih sedikit energi foton daripada yang dapat diserapnya. Jadi jika Anda menyetel laser ke bawah, atom yang bergerak cepat akan menyerap cahaya, dan ketika memancarkan foton ke arah acak, mereka akan kehilangan sedikit energi rata-rata. Dengan mengulangi prosesnya, Anda dapat mendinginkan gas hingga kurang dari satu nanoKelvin, sepersejuta derajat.

Semuanya mengambil warna yang lebih ekstrim. Rekor dunia untuk suhu terendah kurang dari sepersepuluh miliar derajat di atas nol mutlak. Perangkat yang melakukan ini menjebak atom dalam medan magnet. "Suhu" tidak terlalu bergantung pada atom itu sendiri seperti pada putaran inti atom.

Sekarang, untuk memulihkan keadilan, kita perlu sedikit berfantasi. Ketika kita biasanya membayangkan sesuatu yang membeku hingga sepermiliar derajat, Anda mungkin sedang menggambar gambaran tentang bagaimana bahkan molekul udara membeku di tempatnya. Seseorang bahkan dapat membayangkan perangkat apokaliptik yang menghancurkan yang membekukan putaran atom.

Pada akhirnya, jika Anda benar-benar ingin merasakan suhu rendah, yang harus Anda lakukan hanyalah menunggu. Setelah sekitar 17 miliar tahun, radiasi latar di alam semesta akan mendingin hingga 1K. Dalam 95 miliar tahun, suhu akan menjadi sekitar 0,01K. Dalam 400 miliar tahun, luar angkasa akan sedingin eksperimen terdingin di Bumi, dan bahkan lebih dingin lagi setelah itu.

Jika Anda bertanya-tanya mengapa alam semesta mendingin begitu cepat, terima kasih kepada teman-teman lama kita: entropi dan energi gelap. Alam semesta berada dalam mode percepatan, memasuki periode pertumbuhan eksponensial yang akan berlanjut selamanya. Hal-hal akan membeku dengan sangat cepat.

Apa peduli kita?

Semua ini, tentu saja, luar biasa, dan memecahkan rekor juga bagus. Tapi apa gunanya? Nah, ada banyak alasan bagus untuk memahami tentang suhu suhu rendah, dan bukan hanya sebagai pemenang.

Orang-orang baik di Institut Standar dan Teknologi Nasional, misalnya, hanya ingin membuat jam tangan yang keren. Standar waktu didasarkan pada hal-hal seperti frekuensi atom cesium. Jika atom cesium bergerak terlalu banyak, ketidakpastian pengukuran akan muncul, yang pada akhirnya akan menyebabkan jam tidak berfungsi.

Tetapi yang lebih penting, terutama dari sudut pandang ilmiah, bahan berperilaku gila-gilaan pada suhu yang sangat rendah. Misalnya, seperti laser yang terbuat dari foton yang saling bersinkronisasi - pada frekuensi dan fase yang sama - maka bahan yang dikenal sebagai kondensat Bose-Einstein dapat dibuat. Di dalamnya, semua atom berada dalam keadaan yang sama. Atau bayangkan sebuah amalgam di mana setiap atom kehilangan individualitasnya dan seluruh massa bereaksi sebagai satu super atom nol.

Pada suhu yang sangat rendah, banyak bahan menjadi superfluida, yang berarti bahan tersebut dapat sepenuhnya tidak kental, ditumpuk dalam lapisan ultra-tipis, dan bahkan melawan gravitasi untuk mencapai energi minimum. Juga pada suhu rendah, banyak bahan menjadi superkonduktor, yang berarti tidak ada hambatan listrik.

Superkonduktor mampu bereaksi terhadap medan magnet luar sedemikian rupa sehingga benar-benar membatalkannya di dalam logam. Hasilnya, Anda dapat menggabungkan suhu dingin dan magnet dan mendapatkan sesuatu seperti levitasi.

Mengapa ada nol mutlak tetapi tidak ada maksimum mutlak?

Mari kita lihat ekstrem lainnya. Jika suhu hanyalah ukuran energi, maka orang dapat dengan mudah membayangkan atom semakin dekat dan mendekati kecepatan cahaya. Tidak bisakah itu berlangsung selamanya?

Ada jawaban singkat: kami tidak tahu. Ada kemungkinan bahwa secara harfiah ada yang namanya suhu tak terbatas, tetapi jika ada batas absolut, alam semesta muda memberikan beberapa petunjuk yang cukup menarik tentang apa itu. Yang paling panas yang pernah ada (setidaknya di alam semesta kita) mungkin terjadi dalam apa yang disebut "waktu Planck".

Itu hanya 10 ^ -43 detik sesaat setelah Big Bang, ketika gravitasi terpisah dari mekanika kuantum dan fisika persis seperti sekarang ini. Suhu pada saat itu sekitar 10^32 K. Ini adalah septillion kali lebih panas dari bagian dalam matahari kita.

Sekali lagi, kami sama sekali tidak yakin apakah ini suhu terpanas yang mungkin terjadi. Karena kita bahkan tidak memiliki model alam semesta yang besar pada zaman Planck, kita bahkan tidak yakin bahwa alam semesta telah mendidih ke keadaan seperti itu. Bagaimanapun, kita berkali-kali lebih dekat ke nol absolut daripada panas absolut.

Nol mutlak - asal suhu mutlak mulai dari 273,16 K di bawah titik tripel air (titik kesetimbangan tiga fase - es, air, dan uap air); pada nol mutlak, pergerakan molekul berhenti, dan mereka berada dalam keadaan gerakan "nol". Atau: suhu terendah di mana suatu zat tidak mengandung energi panas.

nol mutlak Awal membaca suhu mutlak. Sesuai dengan -273, 16 ° C. Saat ini, di laboratorium fisika, dimungkinkan untuk memperoleh suhu yang melebihi nol mutlak hanya dengan sepersejuta derajat, tetapi tidak mungkin untuk mencapainya, menurut hukum termodinamika. Pada nol mutlak, sistem akan berada dalam keadaan dengan energi serendah mungkin (dalam keadaan ini, atom dan molekul akan melakukan getaran "nol") dan akan memiliki entropi nol (nol kacau). Volume gas ideal pada titik nol mutlak harus sama dengan nol, dan untuk menentukan titik ini, ukur volume gas helium nyata pada konsisten menurunkan suhu hingga pencairannya pada tekanan rendah (-268, 9 ° C) dan ekstrapolasi ke suhu di mana volume gas tanpa adanya pencairan akan menjadi nol. Suhu mutlak termodinamika skala diukur dalam kelvin, dilambangkan dengan simbol K. Mutlak termodinamika skala dan skala Celcius hanya digeser relatif satu sama lain dan terkait dengan rasio K = ° C + 273, 16 °.

Sejarah

Kata "suhu" berasal pada saat orang percaya bahwa benda yang lebih panas mengandung lebih banyak zat khusus - kalori daripada yang kurang panas. Oleh karena itu, suhu dianggap sebagai kekuatan campuran materi tubuh dan kalori. Untuk alasan ini, unit untuk mengukur kekuatan minuman beralkohol dan suhu disebut derajat yang sama.

Dari fakta bahwa suhu adalah energi kinetik molekul, jelaslah bahwa sangat wajar untuk mengukurnya dalam satuan energi (yaitu, dalam sistem SI dalam joule). Namun, pengukuran suhu dimulai jauh sebelum penciptaan teori kinetik molekuler, oleh karena itu, skala praktis mengukur suhu dalam satuan arbitrer - derajat.

skala kelvin

Dalam termodinamika, skala Kelvin digunakan, di mana suhu diukur dari nol mutlak (keadaan yang sesuai dengan energi internal minimum yang mungkin secara teoritis dari tubuh), dan satu kelvin sama dengan 1/273,16 jarak dari nol mutlak ke titik tripel air (keadaan di mana es, air, dan uap air berada dalam kesetimbangan). Konstanta Boltzmann digunakan untuk mengubah kelvin menjadi satuan energi. Satuan turunan juga digunakan: kilokelvin, megakelvin, milikelvin, dll.

Celsius

Dalam kehidupan sehari-hari, skala Celcius digunakan, di mana titik beku air diambil sebagai 0, dan titik didih air pada 100 ° pada tekanan atmosfir... Karena titik beku dan titik didih air tidak ditentukan dengan baik, saat ini skala Celcius ditentukan melalui skala Kelvin: derajat Celcius sama dengan kelvin, nol mutlak diambil sebagai 273,15 ° C. Skala Celsius praktis sangat nyaman, karena air sangat umum di planet kita dan kehidupan kita didasarkan padanya. Nol Celcius adalah titik khusus untuk meteorologi, karena pembekuan air di atmosfer secara signifikan mengubah segalanya.

Fahrenheit

Di Inggris, dan terutama di Amerika Serikat, skala Fahrenheit digunakan. Pada skala ini, interval dari suhu musim dingin terdingin di kota tempat tinggal Fahrenheit hingga suhu tubuh manusia dibagi 100 derajat. Nol derajat Celcius adalah 32 derajat Fahrenheit dan Fahrenheit adalah 5/9 derajat Celcius.

Saat ini, definisi skala Fahrenheit berikut diterima: skala suhu 1 derajat (1 ° F) sama dengan 1/180 perbedaan antara titik didih air dan es yang mencair pada tekanan atmosfer, dan titik leleh es adalah +32 ° F. Suhu Fahrenheit berhubungan dengan suhu Celcius (t ° C) dengan t ° C = 5/9 (t ° F - 32), 1 ° F = 5/9 ° C. Diusulkan oleh G. Fahrenheit pada tahun 1724.

skala reaumur

Diusulkan pada tahun 1730 oleh R.A. Reaumur, yang menggambarkan termometer alkohol yang ditemukan olehnya.

Satuan - derajat Reaumur (° R), 1 ° R sama dengan 1/80 interval suhu antara titik referensi - suhu leleh es (0 ° R) dan titik didih air (80 ° R)

1 ° R = 1,25 ° C.

Saat ini, skala telah tidak digunakan, telah disimpan untuk waktu yang lama di Prancis, di tanah air penulis.

Perbandingan skala suhu

Suhu tubuh manusia normal adalah 36,6 °C ± 0,7 °C, atau 98,2 °F ± 1,3 °F. Nilai umum yang dikutip dari 98,6 ° F adalah konversi tepat ke Fahrenheit dari nilai abad ke-19 Jerman 37 ° C. Karena nilai ini tidak termasuk dalam kisaran suhu normal menurut konsep modern, kita dapat mengatakan bahwa itu mengandung akurasi yang berlebihan (salah). Beberapa nilai dalam tabel ini telah dibulatkan.

Perbandingan skala Fahrenheit dan Celsius

(dari- Skala Fahrenheit, o C- skala Celcius)

Untuk mengubah derajat Celcius ke Kelvin, Anda harus menggunakan rumus T = t + T 0 dimana T adalah suhu dalam kelvin, t adalah suhu dalam derajat Celcius, T 0 = 273,15 kelvin. Celcius sama besarnya dengan Kelvin.