> Zero absolutne

Zero absolutne– minimalna temperatura. Jest to punkt, w którym entropia osiąga najniższą wartość.

Cel uczenia się

• Zrozum, dlaczego zero absolutne jest naturalnym wskaźnikiem punktu zerowego.

Główne punkty

• Zero absolutne jest uniwersalne, to znaczy, że przy tym wskaźniku cała materia znajduje się w stanie podstawowym.
• K ma energię zerową w mechanice kwantowej. Ale w interpretacji energia kinetyczna może wynosić zero, a energia cieplna znika.
• Najniższa temperatura w warunkach laboratoryjnych sięgała 10-12 K. Minimalna temperatura naturalna wynosiła 1 K (ekspansja gazów w Mgławicy Bumerang).

Warunki

• Entropia jest miarą równomiernego rozkładu energii w układzie.
• Termodynamika to dziedzina nauki zajmująca się badaniem ciepła i jego związku z energią i pracą.

Zero absolutne to minimalna temperatura, w której entropia osiąga najniższą wartość. Oznacza to, że jest to najmniejszy wskaźnik, jaki można zaobserwować w systemie. Jest to koncepcja uniwersalna i pełni funkcję punktu zerowego w układzie jednostek temperatury.

Wykres ciśnienia w funkcji temperatury dla różnych gazów o stałej objętości. Należy pamiętać, że wszystkie wykresy ekstrapolują do ciśnienia zerowego w jednej temperaturze

Układ w temperaturze zera absolutnego jest nadal wyposażony w energię kwantowo-mechaniczną punktu zerowego. Zgodnie z zasadą nieoznaczoności położenia cząstek nie można określić z absolutną dokładnością. Jeśli cząstka zostanie przesunięta w temperaturze zera absolutnego, nadal ma minimalną rezerwę energii. Ale w termodynamice klasycznej energia kinetyczna może wynosić zero, a energia cieplna zanika.

Punkt zerowy skali termodynamicznej, takiej jak Kelvin, jest równy zeru absolutnemu. Międzynarodowe porozumienie ustaliło, że zero absolutne osiąga temperaturę 0 K Kelvina i -273,15°C. Substancja wykazuje efekty kwantowe w temperaturach minimalnych, takie jak nadprzewodnictwo i nadciekłość. Najniższa temperatura w warunkach laboratoryjnych wynosiła 10-12 K, a w środowisku naturalnym - 1 K (gwałtowna ekspansja gazów w Mgławicy Bumerang).

Temperatura to minimalna granica temperatury, jaką może mieć ciało fizyczne. Zero absolutne służy jako punkt wyjścia dla bezwzględnej skali temperatury, takiej jak skala Kelvina. W skali Celsjusza zero absolutne odpowiada temperaturze -273… Wikipedia

ABSOLUTNA TEMPERATURA ZEROWA- początek termodynamicznej skali temperatur; położony w temperaturze 273,16 K (Kelwina) poniżej (patrz) wody, tj. równa 273,16°C (Celsjusza). Zero absolutne to najniższa temperatura w przyrodzie i praktycznie nieosiągalna... Wielka encyklopedia politechniczna

Jest to minimalna granica temperatury, jaką może mieć ciało fizyczne. Zero absolutne służy jako punkt wyjścia dla bezwzględnej skali temperatury, takiej jak skala Kelvina. W skali Celsjusza zero absolutne odpowiada temperaturze -273,15 °C.... ... Wikipedia

Temperatura zera bezwzględnego to minimalna granica temperatury, jaką może mieć ciało fizyczne. Zero absolutne służy jako punkt wyjścia dla bezwzględnej skali temperatury, takiej jak skala Kelvina. W skali Celsjusza zero absolutne odpowiada... ...Wikipedii

Razg. Zaniedbany Nieistotna, nieistotna osoba. FSRY, 288; BTS, 24; ZS 1996, 33...

zero- zero absolutne … Słownik rosyjskich idiomów

Rzeczownik zero i zero, m., używany. porównywać często Morfologia: (nie) co? zero i zero, dlaczego? zero i zero, (widzisz) co? zero i zero, co? zero i zero, a co? około zera, zera; pl. Co? zera i zera, (nie) co? zera i zera, dlaczego? zera i zera, (rozumiem)… … Słownik wyjaśniający Dmitriewa

Zero absolutne (zero). Razg. Zaniedbany Nieistotna, nieistotna osoba. FSRY, 288; BTS, 24; ZS 1996, 33 V zero. 1. Jarg. Mówią Żartuję. żelazo. O ciężkim zatruciu. Juganow, 471; Wachitow 2003, 22. 2. Zharg. muzyka Dokładnie, w pełnej zgodzie z... ... Duży słownik rosyjskich powiedzeń

absolutny- absolutny absurd, absolutny autorytet, absolutna nieskazitelność, absolutny nieporządek, absolutna fikcja, absolutny immunitet, absolutny przywódca, absolutne minimum, absolutny monarcha, absolutna moralność, absolutne zero… … Słownik rosyjskich idiomów

Książki

• Zero absolutne, absolutne, Paweł. Druga powieść z serii „Światy Znaku”. Życie wszystkich dzieł szalonego naukowca rasy Nes jest bardzo krótkie. Ale kolejny eksperyment ma szansę zaistnieć. Co go czeka...
• Zero absolutne, Paweł Absolutny. Wszyscy walczyli na granicy sił, twarze mieli mokre od potu. Oczy mu się zaszkliły, broń wyślizgnęła mu się z rąk. Oddział bez słowa zwarł szeregi, stając w obronie rannych. Lester zasłonił dłonią...

Kiedy prognoza pogody przewiduje temperatury bliskie zeru, nie należy chodzić na lodowisko: lód się stopi. Za temperaturę topnienia lodu przyjmuje się zero stopni Celsjusza, co jest najczęstszą skalą temperatur.
Dobrze znamy skalę ujemnych stopni Celsjusza – stopni<ниже нуля>, stopnie zimna. Najniższą temperaturę na Ziemi zanotowano na Antarktydzie: -88,3°C. Jeszcze niższe temperatury są możliwe poza Ziemią: na powierzchni Księżyca o północy księżycowej może ona osiągnąć -160°C.
Jednak dowolnie niskie temperatury nie mogą występować nigdzie. Ekstremalnie niska temperatura – zero absolutne – odpowiada – 273,16° w skali Celsjusza.
Absolutna skala temperatury, skala Kelvina, wywodzi się z zera absolutnego. Lód topi się w temperaturze 273,16° Kelvina, a woda wrze w temperaturze 373,16° K. Zatem stopień K jest równy stopniowi C. Ale w skali Kelvina wszystkie temperatury są dodatnie.
Dlaczego 0°K jest granicą zimna?
Ciepło to chaotyczny ruch atomów i cząsteczek substancji. Kiedy substancja jest schładzana, energia cieplna jest z niej usuwana, a losowy ruch cząstek zostaje osłabiony. Docelowo przy mocnym chłodzeniu termicznym<пляска>cząstki prawie całkowicie się zatrzymują. Atomy i cząsteczki zamarzłyby całkowicie w temperaturze, którą przyjmuje się za zero absolutne. Zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej w temperaturze zera absolutnego ustałby ruch termiczny cząstek, ale same cząstki nie zamarzłyby, ponieważ nie mogą znajdować się w całkowitym spoczynku. Zatem w temperaturze zera absolutnego cząstki muszą nadal utrzymywać pewien rodzaj ruchu, który nazywa się ruchem zerowym.

Jednak schłodzenie substancji do temperatury poniżej zera absolutnego jest pomysłem równie bezsensownym, jak, powiedzmy, zamiar<идти медленнее, чем стоять на месте>.

Co więcej, nawet osiągnięcie dokładnego zera absolutnego jest prawie niemożliwe. Można się do niego jedynie zbliżyć. Ponieważ w żaden sposób nie można odebrać substancji absolutnie całej energii cieplnej. Część energii cieplnej pozostaje w fazie najgłębszego chłodzenia.
Jak osiągnąć ultraniskie temperatury?
Zamrożenie substancji jest trudniejsze niż jej podgrzanie. Widać to nawet po porównaniu konstrukcji kuchenki i lodówki.
W większości lodówek domowych i przemysłowych ciepło jest usuwane w wyniku odparowania specjalnej cieczy - freonu, która krąży w metalowych rurkach. Sekret polega na tym, że freon może pozostać w stanie ciekłym tylko w wystarczająco niskiej temperaturze. W komorze lodówki ze względu na ciepło komory nagrzewa się i wrze, zamieniając się w parę. Ale para jest sprężana przez sprężarkę, skroplona i wchodzi do parownika, uzupełniając utratę odparowanego freonu. Do pracy sprężarki zużywana jest energia.
W urządzeniach do głębokiego chłodzenia nośnikiem zimna jest ultrazimna ciecz – ciekły hel. Bezbarwny, lekki (8 razy lżejszy od wody), wrze pod ciśnieniem atmosferycznym w temperaturze 4,2°K, a w próżni w temperaturze 0,7°K. Jeszcze niższą temperaturę podaje lekki izotop helu: 0,3°K.
Założenie stałej lodówki helowej jest dość trudne. Badania przeprowadza się po prostu w kąpielach z ciekłym helem. Aby skroplić ten gaz, fizycy stosują różne techniki. Na przykład rozprężają wstępnie schłodzony i sprężony hel, uwalniając go przez cienki otwór do komory próżniowej. Jednocześnie temperatura dalej spada i część gazu zamienia się w ciecz. Bardziej efektywne jest nie tylko rozprężenie schłodzonego gazu, ale także zmuszenie go do wykonania pracy - poruszenia tłoka.
Powstały ciekły hel przechowywany jest w specjalnych termosach - kolbach Dewara. Koszt tego bardzo zimnego płynu (jedynego, który nie zamarza w temperaturze zera absolutnego) okazuje się dość wysoki. Niemniej jednak ciekły hel znajduje obecnie coraz szersze zastosowanie nie tylko w nauce, ale także w różnych urządzeniach technicznych.
Najniższe temperatury osiągnięto w inny sposób. Okazuje się, że cząsteczki niektórych soli, na przykład ałunu potasowo-chromowego, mogą obracać się wzdłuż linii sił magnetycznych. Sól tę wstępnie schładza się ciekłym helem do temperatury 1°K i umieszcza w silnym polu magnetycznym. W tym przypadku cząsteczki obracają się wzdłuż linii siły, a uwolnione ciepło jest odbierane przez ciekły hel. Następnie pole magnetyczne zostaje gwałtownie usunięte, cząsteczki ponownie obracają się w różnych kierunkach i ulegają zużyciu

Praca ta prowadzi do dalszego schładzania soli. W ten sposób uzyskaliśmy temperaturę 0,001° K. Stosując w zasadzie podobną metodę, stosując inne substancje, możemy uzyskać jeszcze niższą temperaturę.
Najniższa temperatura uzyskana dotychczas na Ziemi to 0,00001° K.

Nadciekłość

Substancja zamrożona do bardzo niskich temperatur w kąpielach z ciekłym helem ulega zauważalnym zmianom. Guma staje się krucha, ołów staje się twardy jak stal i elastyczny, wiele stopów zwiększa wytrzymałość.

Sam ciekły hel zachowuje się w szczególny sposób. W temperaturach poniżej 2,2° K nabiera właściwości niespotykanej dla zwykłych cieczy – nadciekłości: część z nich całkowicie traci lepkość i przepływa przez najwęższe pęknięcia bez żadnego tarcia.
Zjawisko to odkrył w 1937 roku radziecki fizyk akademik P. JI. Kapitsa, został następnie wyjaśniony przez akademika JI. D. Landaua.
Okazuje się, że w ultraniskich temperaturach kwantowe prawa zachowania materii zaczynają mieć zauważalny wpływ. Jak wymaga jedno z tych praw, energia może być przekazywana z ciała na ciało jedynie w ściśle określonych porcjach – kwantach. Kwantów ciepła w ciekłym helu jest tak mało, że nie wystarczy ich dla wszystkich atomów. Część cieczy pozbawiona kwantów ciepła pozostaje jakby w temperaturze zera absolutnego; jej atomy w ogóle nie uczestniczą w przypadkowym ruchu termicznym i nie oddziałują w żaden sposób ze ściankami naczynia. Ta część (nazywana helem-H) ma nadciekłość. Wraz ze spadkiem temperatury hel-P staje się coraz bardziej powszechny, a przy zera absolutnym cały hel zamieni się w hel-H.
Nadciekłość została obecnie szczegółowo zbadana i znalazła nawet przydatne zastosowanie praktyczne: za jej pomocą można rozdzielać izotopy helu.

Nadprzewodnictwo

W pobliżu zera absolutnego zachodzą niezwykle interesujące zmiany we właściwościach elektrycznych niektórych materiałów.
W 1911 roku holenderski fizyk Kamerlingh Onnes dokonał nieoczekiwanego odkrycia: okazało się, że w temperaturze 4,12 ° K opór elektryczny w rtęci całkowicie zanika. Rtęć staje się nadprzewodnikiem. Prąd elektryczny indukowany w pierścieniu nadprzewodzącym nie zanika i może płynąć niemal w nieskończoność.
Nad takim pierścieniem nadprzewodząca kulka będzie unosić się w powietrzu i nie spadać, jak w bajce<гроб Магомета>, ponieważ jego ciężar jest kompensowany przez odpychanie magnetyczne pomiędzy pierścieniem a kulką. Przecież ciągły prąd w pierścieniu wytworzy pole magnetyczne, a to z kolei indukuje prąd elektryczny w kuli, a wraz z nim przeciwnie skierowane pole magnetyczne.
Oprócz rtęci cyna, ołów, cynk i aluminium mają nadprzewodnictwo bliskie zera absolutnego. Właściwość tę stwierdzono w 23 pierwiastkach i ponad stu różnych stopach i innych związkach chemicznych.
Temperatury, w których pojawia się nadprzewodnictwo (temperatury krytyczne) obejmują dość szeroki zakres - od 0,35° K (hafn) do 18° K (stop niobowo-cynowy).
Zjawisko nadprzewodnictwa, podobnie jak super-
Płynność została szczegółowo zbadana. Stwierdzono zależności temperatur krytycznych od wewnętrznej struktury materiałów i zewnętrznego pola magnetycznego. Opracowano głęboką teorię nadprzewodnictwa (ważny wkład wniósł radziecki naukowiec, akademik N. N. Bogolyubov).
Istota tego paradoksalnego zjawiska jest ponownie czysto kwantowa. W ultraniskich temperaturach elektrony

nadprzewodnik tworzy układ połączonych parami cząstek, które nie mogą przekazywać energii sieci krystalicznej ani marnować kwantów energii na jej ogrzewanie. Pary elektronów poruszają się jakby<танцуя>, między<прутьями решетки>- jony i ominąć je bez kolizji i transferu energii.
Nadprzewodnictwo jest coraz częściej wykorzystywane w technologii.
W praktyce stosuje się na przykład solenoidy nadprzewodzące – cewki nadprzewodnika zanurzone w ciekłym helu. Raz wyindukowany prąd, a co za tym idzie i pole magnetyczne, można w nich magazynować dowolnie długo. Może osiągnąć gigantyczne rozmiary – ponad 100 000 oerstedów. W przyszłości niewątpliwie pojawią się potężne przemysłowe urządzenia nadprzewodzące - silniki elektryczne, elektromagnesy itp.
W elektronice radiowej znaczącą rolę zaczynają odgrywać ultraczułe wzmacniacze i generatory fal elektromagnetycznych, które szczególnie dobrze sprawdzają się w kąpielach z ciekłym helem – tam<шумы>sprzęt. W elektronicznej technologii komputerowej rysuje się świetlana przyszłość dla przełączników nadprzewodzących małej mocy - kriotronów (patrz art.<Пути электроники>).
Nietrudno sobie wyobrazić, jak kuszące byłoby przeniesienie działania tego typu urządzeń w obszar wyższych, bardziej dostępnych temperatur. Ostatnio odkryto nadzieję na stworzenie nadprzewodników z powłoką polimerową. Specyficzny charakter przewodności elektrycznej takich materiałów stwarza doskonałą okazję do utrzymania nadprzewodnictwa nawet w temperaturach pokojowych. Naukowcy nieustannie szukają sposobów na urzeczywistnienie tej nadziei.

W głębi gwiazd

A teraz zajrzyjmy do krainy najgorętszej rzeczy na świecie – w głąb gwiazd. Gdzie temperatury sięgają milionów stopni.
Przypadkowy ruch termiczny w gwiazdach jest tak intensywny, że nie mogą tam istnieć całe atomy: ulegają one zniszczeniu w niezliczonych zderzeniach.
Substancja tak gorąca nie może zatem być ani stała, ani ciekła, ani gazowa. Występuje w stanie plazmy, czyli mieszaniny naładowanej elektrycznie<осколков>atomy - jądra atomowe i elektrony.
Plazma to wyjątkowy stan materii. Ponieważ jego cząstki są naładowane elektrycznie, są wrażliwe na siły elektryczne i magnetyczne. Dlatego bliskie sąsiedztwo dwóch jąder atomowych (niosą one ładunek dodatni) jest zjawiskiem rzadkim. Tylko przy dużych gęstościach i ogromnych temperaturach jądra atomowe zderzając się ze sobą, są w stanie zbliżyć się do siebie. Zachodzą wtedy reakcje termojądrowe – źródło energii gwiazd.
Najbliższa nam gwiazda, Słońce, składa się głównie z plazmy wodorowej, która w wnętrznościach gwiazdy jest podgrzewana do temperatury 10 milionów stopni. W takich warunkach dochodzi do bliskich spotkań szybkich jąder wodoru – protonów, chociaż rzadko. Czasami protony, które się zbliżają, wchodzą w interakcję: pokonując odpychanie elektryczne, szybko wpadają w moc gigantycznych nuklearnych sił przyciągania<падают>jeden na drugim i łączą się. Tutaj następuje natychmiastowa restrukturyzacja: zamiast dwóch protonów pojawia się deuteron (jądro ciężkiego izotopu wodoru), pozyton i neutrino. Uwolniona energia wynosi 0,46 miliona elektronowoltów (MeV).
Każdy pojedynczy proton słoneczny może wejść w taką reakcję średnio raz na 14 miliardów lat. Ale w trzewiach światła jest tak wiele protonów, że tu i ówdzie ma miejsce to nieprawdopodobne wydarzenie - a nasza gwiazda płonie równym, olśniewającym płomieniem.
Synteza deuteronów to dopiero pierwszy etap słonecznych przemian termojądrowych. Nowonarodzony deuteron bardzo szybko (średnio po 5,7 sekundy) łączy się z innym protonem. Pojawia się lekkie jądro helu i kwant gamma promieniowania elektromagnetycznego. Wydziela się 5,48 MeV energii.
Wreszcie średnio raz na milion lat dwa lekkie jądra helu mogą zbiegać się i łączyć. Następnie tworzy się jądro zwykłego helu (cząstka alfa) i oddzielają się dwa protony. Uwalnia się energia 12,85 MeV.
Ten trzyetapowy<конвейер>reakcje termojądrowe nie są jedyne. Istnieje inny łańcuch przemian jądrowych, szybszy. Uczestniczą w nim (nie ulegając zużyciu) jądra atomowe węgla i azotu. Ale w obu opcjach cząstki alfa są syntetyzowane z jąder wodoru. Mówiąc obrazowo, plazma wodorowa Słońca<сгорает>, zamieniając się<золу>- plazma helowa. A podczas syntezy każdego grama plazmy helowej uwalniane jest 175 tysięcy kWh energii. Świetna ilość!
Co sekundę Słońce emituje 41033 erg energii, tracąc 41012 g (4 miliony ton) materii. Ale całkowita masa Słońca wynosi 21027 ton. Oznacza to, że za milion lat Słońce będzie działać pod wpływem promieniowania<худеет>tylko jedną dziesięciomilionową jego masy. Liczby te wymownie ilustrują skuteczność reakcji termojądrowych i gigantyczną wartość opałową energii słonecznej.<горючего>- wodór.
Najwyraźniej synteza termojądrowa jest głównym źródłem energii wszystkich gwiazd. Przy różnych temperaturach i gęstościach wnętrz gwiazd zachodzą różne rodzaje reakcji. W szczególności słoneczne<зола>-jądra helu - przy 100 milionach stopni same stają się termojądrowe<горючим>. Wtedy z cząstek alfa można syntetyzować nawet cięższe jądra atomowe – węgiel, a nawet tlen.
Według wielu naukowców cała nasza Metagalaktyka jest także owocem syntezy termojądrowej, która odbyła się w temperaturze miliarda stopni (patrz art.<Вселенная вчера, сегодня и завтра>).

W stronę sztucznego słońca

Wyjątkowa wartość opałowa termojądrowa<горючего>skłoniło naukowców do osiągnięcia sztucznego wdrożenia reakcji syntezy jądrowej.
<Горючего>- Na naszej planecie występuje wiele izotopów wodoru. Na przykład superciężki wodorotryt można wytwarzać z metalicznego litu w reaktorach jądrowych. A ciężki wodór - deuter jest częścią ciężkiej wody, którą można wydobyć ze zwykłej wody.
Ciężki wodór wydobyty z dwóch szklanek zwykłej wody wytworzyłby w reaktorze termojądrowym tyle samo energii, ile obecnie wytwarza się w wyniku spalania beczki najwyższej jakości benzyny.
Trudność polega na podgrzaniu<горючее>do temperatur, w których może zapalić się od silnego ognia termojądrowego.
Problem ten został po raz pierwszy rozwiązany w bombie wodorowej. Izotopy wodoru ulegają tam zapaleniu w wyniku eksplozji bomby atomowej, której towarzyszy ogrzewanie substancji do wielu dziesiątek milionów stopni. W jednej z wersji bomby wodorowej paliwem termojądrowym jest związek chemiczny ciężkiego wodoru z lekkim litem – lekki deuterek litu. Ten biały proszek, podobny do soli kuchennej,<воспламеняясь>z<спички>, który jest bombą atomową, natychmiast eksploduje i wytwarza temperaturę setek milionów stopni.
Aby zainicjować pokojową reakcję termojądrową, trzeba najpierw nauczyć się podgrzewać małe dawki wystarczająco gęstej plazmy izotopów wodoru do temperatur setek milionów stopni bez użycia bomby atomowej. Problem ten jest jednym z najtrudniejszych we współczesnej fizyce stosowanej. Naukowcy na całym świecie pracują nad tym od wielu lat.
Powiedzieliśmy już, że to chaotyczny ruch cząstek powoduje ogrzewanie ciał, a średnia energia ich przypadkowego ruchu odpowiada temperaturze. Ogrzać zimne ciało oznacza w jakikolwiek sposób wywołać to zaburzenie.
Wyobraź sobie dwie grupy biegaczy pędzących ku sobie. Więc zderzyli się, pomieszali, zaczęło się zauroczenie i zamieszanie. Wielki bałagan!
W podobny sposób fizycy początkowo próbowali uzyskać wysokie temperatury – zderzając strumienie gazu pod wysokim ciśnieniem. Gaz rozgrzał się do 10 tysięcy stopni. Kiedyś był to rekord: temperatura była wyższa niż na powierzchni Słońca.
Ale dzięki tej metodzie dalsze, raczej powolne, niewybuchowe nagrzewanie gazu jest niemożliwe, ponieważ zaburzenie termiczne natychmiast rozprzestrzenia się we wszystkich kierunkach, ogrzewając ściany komory doświadczalnej i otoczenie. Powstałe ciepło szybko opuszcza system i nie da się go odizolować.
Jeśli strumienie gazu zostaną zastąpione przepływami plazmy, problem izolacji termicznej pozostaje bardzo trudny, ale jest też nadzieja na jego rozwiązanie.
To prawda, że ​​\u200b\u200bplazmy nie można chronić przed utratą ciepła za pomocą naczyń wykonanych z nawet najbardziej ogniotrwałej substancji. W kontakcie z litymi ścianami gorąca plazma natychmiast się ochładza. Można jednak spróbować utrzymać i ogrzać plazmę, tworząc jej akumulację w próżni tak, aby nie dotykała ścian komory, lecz wisiała w pustce, nie dotykając niczego. Tutaj powinniśmy skorzystać z faktu, że cząstki plazmy nie są obojętne, jak atomy gazu, ale naładowane elektrycznie. Dlatego podczas ruchu są narażone na działanie sił magnetycznych. Powstaje zadanie: wytworzyć pole magnetyczne o specjalnej konfiguracji, w którym gorąca plazma wisiałaby jak w worku o niewidzialnych ściankach.
Najprostsza forma takiej plazmy powstaje automatycznie, gdy przez plazmę przepuszczane są silne impulsy prądu elektrycznego. W tym przypadku wokół przewodu plazmowego indukowane są siły magnetyczne, które mają tendencję do ściskania przewodu. Plazma oddziela się od ścian rury wyładowczej, a na osi kordu w kruszeniu cząstek temperatura wzrasta do 2 milionów stopni.
W naszym kraju takie eksperymenty przeprowadzono już w 1950 roku pod przewodnictwem naukowców JI. A. Artsimovich i M. A. Leontovich.
Innym kierunkiem eksperymentów jest zastosowanie butelki magnetycznej, zaproponowane w 1952 roku przez radzieckiego fizyka G.I. Budkera, obecnie akademika. Butelka magnetyczna umieszczona jest w komorze korkowej – cylindrycznej komorze próżniowej wyposażonej w zewnętrzne uzwojenie, które jest skondensowane na końcach komory. Prąd przepływający przez uzwojenie wytwarza w komorze pole magnetyczne. Jego linie pola w środkowej części są położone równolegle do tworzących cylindra, a na końcach są ściśnięte i tworzą korki magnetyczne. Cząsteczki plazmy wstrzyknięte do butelki magnetycznej owijają się wokół linii pola i odbijają się od wtyczek. Dzięki temu osocze pozostaje przez pewien czas w butelce. Jeśli energia cząstek plazmy wprowadzonych do butelki jest wystarczająco duża i jest ich wystarczająco dużo, wchodzą one w złożone oddziaływania siłowe, ich początkowo uporządkowany ruch zostaje zdezorientowany, zostaje zaburzony - temperatura jąder wodoru wzrasta do kilkudziesięciu milionów stopni Celsjusza stopni.
Dodatkowe ogrzewanie uzyskuje się za pomocą elektromagnetycznego<ударами>przez plazmę, kompresję pola magnetycznego itp. Obecnie plazma ciężkich jąder wodoru jest podgrzewana do setek milionów stopni. To prawda, że ​​​​można to zrobić albo przez krótki czas, albo przy niskiej gęstości plazmy.
Aby zainicjować reakcję samopodtrzymującą, należy jeszcze bardziej zwiększyć temperaturę i gęstość plazmy. Jest to trudne do osiągnięcia. Jednak problem, jak są przekonani naukowcy, jest niewątpliwie możliwy do rozwiązania.

G.B. Anfiłow

Publikowanie zdjęć i cytowanie artykułów z naszego serwisu w innych zasobach jest dozwolone pod warunkiem podania linku do źródła i zdjęć.

Cuda bliskie zera absolutnego. Wiek XX przyniósł fizykom wiele powodów do refleksji. Wśród nich znajdują się wyniki eksperymentów przeprowadzonych w bardzo niskich temperaturach, w temperaturach zaledwie o kilka stopni powyżej zera absolutnego. Pojęcie zera absolutnego weszło do fizyki w połowie XIX wieku. Zrodzona z prawa gazowego, stopniowo rozprzestrzeniła się na wszystkie stany materii i nabrała fundamentalnego znaczenia dla całej fizyki.

Zero absolutne odpowiada temperaturze -273 stopni Celsjusza, a dokładniej - 273,15 C. Żadna substancja nie może być dalej schładzana, tj. Nie możesz odebrać mu energii. Innymi słowy, w temperaturze zera absolutnego cząsteczki substancji mają najniższą możliwą energię, której nie można już usunąć z ciała w wyniku jakiegokolwiek ochłodzenia.

Z każdą próbą schłodzenia substancji, zawartej w niej energii pozostaje coraz mniej, ale substancja nigdy nie będzie w stanie oddać całej energii urządzeniu chłodzącemu. Z tego powodu naukowcy nie osiągnęli zera absolutnego i nie mają na to nadziei, choć już czynią cuda, osiągając temperatury rzędu milionowych części stopnia. Ponieważ zero absolutne jest najniższą temperaturą, naturalnym jest, że w fizyce, szczególnie w tych działach, w których omawiane są niskie temperatury, stosuje się termodynamiczną skalę temperatur, którą można skalibrować w stopniach Kelvina K i stopniach Celsjusza? C, czyli zależność pomiędzy temperatura którejkolwiek z tych skal T t 273, T - zero absolutne, t - temperatura.

Badania w temperaturach bliskich zera absolutnego od dawna przyciągają uwagę naukowców; takie temperatury w fizyce nazywane są kriogenicznymi od greckiego słowa krio – zimno. W temperaturach kriogenicznych dzieje się wiele niesamowitych rzeczy. Rtęć zamarza, dzięki czemu można nią wbijać gwoździe, guma przy uderzeniu młotkiem rozpada się na kawałki, a niektóre metale stają się kruche jak szkło.

Zachowanie substancji w pobliżu zera absolutnego często nie ma nic wspólnego z jej zachowaniem w zwykłych temperaturach. Wydawałoby się, że energia opuszcza substancję wraz z ciepłem, a zamrożona substancja nie może już być interesująca. Zaledwie sto lat temu uważali zero absolutne za śmierć materii. Ale fizycy otrzymali możliwość pracy w ultraniskich temperaturach i okazało się, że obszar w pobliżu zera absolutnego nie jest tak martwy.

Wręcz przeciwnie, zaczynają się tu pojawiać liczne piękne efekty, które w zwykłych warunkach są zwykle maskowane przez termiczny ruch atomów. Tu zaczyna się ten świat – niesamowity i czasami paradoksalny, który nazywa się nadprzewodnictwem. Nadprzewodnictwo to zdolność substancji do przepuszczania prądu elektrycznego bez stawiania mu najmniejszego oporu. Odkrycie tego wyjątkowego zjawiska, nie mającego odpowiednika w fizyce klasycznej, zawdzięczamy wybitnemu holenderskiemu naukowcowi Heine Kamerlingh Onnes. 1.2. Na początku ścieżki. Niezwykłym wydarzeniem w nauce jest odkrycie, a jeszcze bardziej niesamowity jest sposób, w jaki człowiek do niego dochodzi.

Idzie naprzód przez pozornie nieprzejezdną dżunglę, zawsze zmuszony wątpić, że nie ma drogi naprzód i musi ją budować za sobą, jak powiedział niemiecki fizyk Make Born. Pierwszy krok wykonano pod koniec XVIII wieku. W XIX wieku wiele gazów było już skroplonych. Eksperymenty następowały jeden po drugim - tlen, azot i wodór zamieniały się w ciecz.

Sam geniusz przeciwstawił się wysiłkom naukowców. Pomogło nawet to, że gaz ten zajmuje jakieś szczególne miejsce na świecie. Dlatego nie zamienia się w płyn. W wielu teoriach świata eksperymentatorzy aktywnie poszukiwali sposobów uzyskania ciekłego gipsu. Sukces przypadł Kamerlingh Onnes. To właśnie w jego laboratorium niskotemperaturowym na Uniwersytecie w Lejdzie przeprowadzono eksperyment, który stał się ostatnią kartą w historii poszukiwań nowych cieczy.

Sukces holenderskiego fizyka nie był przypadkowy. Problem rozwiązał człowiek, który rozumiał kolektywną naturę nauki XX wieku, tworząc być może pierwsze prawdziwie nowoczesne laboratorium naukowe. Jesteśmy przyzwyczajeni do badań naukowych na dużą skalę. Jednak na początku stulecia Onnes wyraźnie wyróżniał się na tle wielu eksperymentatorów, którzy swoje badania prowadzili za pomocą małych instalacji laboratoryjnych. Już pierwsza instalacja do skraplania tlenu, azotu i innych gazów atmosferycznych, zaprojektowana przez niego w 1894 roku, miała taką wydajność, że przez wiele lat była w stanie zaspokoić szybko rosnące potrzeby laboratorium. 1.3. Lejda, 1911 odkrycie nadprzewodnictwa.

Był rok 1911. Kamerlingh Onnes pracował nad problemem, który został wymieniony w ówczesnym programie badawczym Leiden jako badanie właściwości różnych substancji w temperaturach helu. Jednymi z pierwszych badań przeprowadzonych w nowym obszarze temperaturowym było badanie zależności rezystancji elektrycznej metali od temperatury. Jakby antycypując rozwój wydarzeń w elektrotechnice, już w XIX wieku wprowadzono do teorii elektryczności termin idealny przewodnik, czyli przewodnik nie posiadający oporu elektrycznego.

Z drugiej strony fizycy badający właściwości metali odkryli, że gdy temperatura spada, opór metalu maleje. Udało im się już jednak osiągnąć temperaturę ciekłego wodoru, a opór próbek czystego metalu stale spadał. Co dalej? Jaka będzie wartość graniczna rezystancji przewodnika, gdy jego temperatura zbliża się do zera absolutnego? Nikt o tym nie wiedział. W zasadzie można rozważyć trzy możliwe opcje.

Pokazano je na rysunku 1. Większość naukowców była zdania, że ​​w temperaturze zera absolutnego opór elektryczny powinien zaniknąć, patrz krzywa 1 na rysunku 1. Rzeczywiście, prąd elektryczny jest przepływem wolnych elektronów przechodzących przez sieć krystaliczną.

Gdyby kryształ był idealny, a jego atomy byłyby całkowicie nieruchome, wówczas elektrony poruszałyby się całkowicie swobodnie i nie napotykałyby zakłóceń ze strony sieci krystalicznej. Taki kryształ byłby idealnym przewodnikiem o zerowym oporze. Jednak po pierwsze, przypadkowe drgania atomów sieci zakłócają jej strukturę, a po drugie, poruszające się w krysztale elektrony mogą oddziaływać z wibrującymi atomami, przekazując im część swojej energii, co oznacza pojawienie się oporu elektrycznego.

Kiedy atomy są obniżone, amplituda drgań atomów maleje, a zatem zderzenie wolnych elektronów z nimi maleje, a tym samym prąd napotyka mniejszy opór! W temperaturze zera absolutnego, gdy sieć jest już nieruchoma, opór przewodnika wynosi zero. Jednakże niewielki opór prądowy może pozostać na poziomie zera absolutnego (patrz krzywa 2, rys. 1), ponieważ nawet wtedy niektóre elektrony nadal zderzałyby się z atomami sieci. Ponadto sieci krystaliczne z reguły nie są idealne, zawsze zawierają defekty i zanieczyszczenia obcymi atomami.

Z drugiej strony postawiono hipotezę, zgodnie z którą elektrony przewodnictwa w niskich temperaturach łączą się z atomami, co prowadzi do nieskończenie dużej rezystancji w temperaturze równej zero Kelvina (patrz krzywa 3 na rys. 1). Do roku 1911 trudno było sobie wyobrazić inną opcję. Doświadczenie i tylko doświadczenie może służyć jako modele fizyczne i kryterium ich ważności.

Jest całkiem jasne, że jednym z pierwszych eksperymentów w temperaturze ciekłego helu był pomiar rezystancji metali. Samo zimno fizyczne nie jest dostępne w eksperymentach, dlatego Kamerlingh Onnes, który w tym czasie był w stanie uzyskać temperatury tylko o jeden stopień powyżej zera absolutnego, zmierzył opór elektryczny metali w różnych temperaturach. Następnie konstruowano krzywe, które można było kontynuować, tj. jak zrobić prognozę dla interesującego nas obszaru.

Najpierw Onnes zbadał próbki platyny i złota, ponieważ metale te były wówczas dostępne w dość czystej postaci. Wraz ze spadkiem temperatury próbek rezystancja regularnie spadała, osiągając pewną stałą wartość rezystancji resztkowej. Jednakże wartości rezystancji elektrycznej różnych próbek w jednakowych warunkach były tym mniejsze, im czystszy był metal. Z tego wniosku, biorąc pod uwagę poprawkę na wystarczającą rezystancję, doszedłem do wniosku, że opór absolutnie czystej platyny w temperaturze wrzenia ciekłego helu prawdopodobnie zaniknie. Zatem Onnes zamroził rtęć w naczyniu zawierającym ciekły hel i przystąpił do pomiaru rezystancji.

Początkowo cała twarz wyglądała tak, jak przewidywała teoria. Opór elektryczny rtęci stopniowo malał wraz ze spadkiem temperatury 10 5 4,2 K, a opór stał się tak mały, że w ogóle nie dało się go zarejestrować za pomocą przyrządów dostępnych w laboratorium. Później, w 1913 roku, wspominając ten okres, Onnest napisał: Przyszłość wydawała mi się cudowna.

Nie widziałem przed sobą żadnych trudności. Zostały one przezwyciężone i wiarygodność eksperymentu nie budziła wątpliwości. I nagle stało się coś nieoczekiwanego. W trakcie dalszych eksperymentów na ulepszonym sprzęcie Onnest zauważył, że opór rtęci w temperaturze około 4,1 K nie zmniejsza się płynnie, ale gwałtownie, do stale małej wartości, czyli całkowicie zanika (ryc. 2). Pierwsza myśl była taka, że ​​urządzenie użyte do pomiaru rezystancji jest wadliwe.

Włączyli inny. I znowu w temperaturze 4,1 K wskazówka instrumentu podskoczyła do 0. Było tu coś do pomieszania, dopóki zero absolutne nie osiągnęło kolejnych czterech stopni. I ponownie powtarza eksperyment. Pobiera nową próbkę z rtęci, pobiera nawet bardzo zanieczyszczoną rtęć, w której należy wyraźnie wyrazić rezystancję resztkową i mierzy urządzenie pomiarowe za pomocą bardzo precyzyjnego galwanometru lustrzanego. Ale opór nadal zanikał. Prawdopodobnie wtedy Kamerline Onnes po raz pierwszy użył słowa nadprzewodnictwo. i nie pozostało wątpliwości, pisał Onnes, o istnieniu nowego stanu rtęci, w którym zanika opór fizyczny rtęci, który przeszedł w nowy stan i ze względu na swoje wyjątkowe właściwości elektryczne można go nazwać nadprzewodnictwem państwo. Nie trzeba mówić, jaka to była sensacja.

Teraz jego imię kojarzono z dwoma znaczącymi wydarzeniami w fizyce: ciekłym helem i nadprzewodnictwem. W 1913 roku Kamerlina Onnes otrzymała Nagrodę Nobla. Oczywiście Onnes myślał o zagadce nadprzewodnictwa, ale wtedy, w grudniu 1913 roku, mógł tylko zgadywać. Ta praca powinna podnieść zasłonę, za pomocą której ruch termiczny w zwykłych temperaturach zamyka przed nami wewnętrzny świat atomów i elektronów ze wszystkich obszarów fizyki, przychodzą do nas pytania, czekające na rozwiązania z pomiarów w temperaturach helu. 2.

Koniec pracy -

Ten temat należy do działu:

Nadprzewodniki

Energia swobodna nadprzewodnika 7. Elektrodynamika nadprzewodników 7.1 Równania Londona 7.2 Efekt Meissnera 7.3 Głębokość penetracji... Ludzka wyobraźnia często odmawia służenia w tym dziwnym świecie... Jednak, jak powiedział L. D. Landau, największym triumfem ludzkiego geniuszu jest że człowiek jest w stanie zrozumieć pewne rzeczy...

Jeśli potrzebujesz dodatkowych materiałów na ten temat lub nie znalazłeś tego czego szukałeś, polecamy skorzystać z wyszukiwarki w naszej bazie dzieł:

Co zrobimy z otrzymanym materiałem:

Jeśli ten materiał był dla Ciebie przydatny, możesz zapisać go na swojej stronie w sieciach społecznościowych: