Jak myślisz, gdzie jest najzimniejsze miejsce w naszym Wszechświecie? Dziś to jest Ziemia. Na przykład temperatura powierzchni Księżyca wynosi -227 stopni Celsjusza, a temperatura otaczającej nas próżni jest 265 stopni poniżej zera. Jednak w laboratorium na Ziemi człowiek może osiągnąć znacznie niższe temperatury, aby badać właściwości materiałów w ultraniskich temperaturach. Materiały, pojedyncze atomy, a nawet światło poddane ekstremalnemu ochłodzeniu zaczynają wykazywać niezwykłe właściwości.

Pierwszy tego typu eksperyment przeprowadzili na początku XX wieku fizycy, którzy badali właściwości elektryczne rtęci w ultraniskich temperaturach. W temperaturze -262 stopni Celsjusza rtęć zaczyna wykazywać właściwości nadprzewodzące, zmniejszając opór prądu elektrycznego niemal do zera. Dalsze eksperymenty ujawniły także inne ciekawe właściwości chłodzonych materiałów, w tym nadciekłość, która wyraża się w „wycieku” materii przez przegrody stałe i z zamkniętych pojemników.

Nauka określiła najniższą możliwą do osiągnięcia temperaturę - minus 273,15 stopnia Celsjusza, ale praktycznie taka temperatura jest nieosiągalna. W praktyce temperatura jest przybliżoną miarą energii zawartej w obiekcie, tzw absolutne zero pokazuje, że ciało nic nie emituje i z tego obiektu nie można wydobyć żadnej energii. Mimo to naukowcy starają się zbliżyć do temperatury zera absolutnego; obecny rekord został ustanowiony w 2003 roku w laboratorium Massachusetts Institute of Technology. Naukowcom brakuje zaledwie 810 miliardowych części stopnia do zera absolutnego. Schłodzili chmurę atomów sodu utrzymywaną w miejscu przez silne pole magnetyczne.

Wydawałoby się – jakie jest praktyczne znaczenie takich eksperymentów? Okazuje się, że badaczy interesuje takie pojęcie jak kondensat Bosego-Einsteina, czyli szczególny stan materii – nie gaz, ciało stałe czy ciecz, ale po prostu chmura atomów o tym samym stanie kwantowym. Tę formę substancji przewidzieli Einstein i indyjski fizyk Satyendra Bose w 1925 roku, a uzyskano ją dopiero 70 lat później. Jednym z naukowców, który osiągnął ten stan materii, jest Wolfgang Ketterle, który otrzymał za swoje odkrycie Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki.

Jedną z niezwykłych właściwości kondensatów Bosego-Einsteina (BEC) jest zdolność kontrolowania ruchu promieni świetlnych. W próżni światło przemieszcza się z prędkością 300 000 km na sekundę i tyle maksymalna prędkość, osiągalne we Wszechświecie. Ale światło może podróżować wolniej, jeśli podróżuje przez materię, a nie w próżni. Za pomocą KBE możesz spowolnić ruch światła do niskich prędkości, a nawet go zatrzymać. Ze względu na temperaturę i gęstość kondensatu emisja światła jest spowolniona i można ją „wychwycić” i bezpośrednio przekształcić w prąd elektryczny. Prąd ten można przenieść do innej chmury CBE i ponownie przekształcić w promieniowanie świetlne. Możliwość ta jest bardzo pożądana w telekomunikacji i informatyce. Tutaj trochę nie rozumiem - wszak urządzenia zamieniające fale świetlne na prąd i odwrotnie JUŻ istnieją... Podobno zastosowanie CBE pozwala na szybszą i dokładniejszą realizację tej konwersji.

Jednym z powodów, dla których naukowcom tak zależy na uzyskaniu zera absolutnego, jest próba zrozumienia, co się dzieje i działo z naszym Wszechświatem, jakie prawa termodynamiczne w nim obowiązują. Jednocześnie badacze rozumieją, że wydobycie całej energii z atomu do ostatniej kropli jest praktycznie nieosiągalne.

Czy zastanawiałeś się kiedyś, jak niska może być temperatura? Co to jest zero absolutne? Czy ludzkość kiedykolwiek będzie w stanie tego dokonać i jakie możliwości otworzą się po takim odkryciu? Te i inne podobne pytania od dawna zajmują umysły wielu fizyków i po prostu ciekawskich ludzi.

Co to jest zero absolutne

Nawet jeśli od dzieciństwa nie przepadałeś za fizyką, prawdopodobnie znasz pojęcie temperatury. Dzięki teorii kinetyki molekularnej wiemy teraz, że istnieje pewne statyczne powiązanie między nią a ruchami cząsteczek i atomów: im wyższa temperatura dowolnego ciała fizycznego, tym szybciej poruszają się jego atomy i odwrotnie. Powstaje pytanie: „Czy istnieje taka dolna granica, przy której cząstki elementarne zamrożone w miejscu?” Naukowcy uważają, że teoretycznie jest to możliwe; termometr będzie wskazywał -273,15 stopnia Celsjusza. Wartość tę nazywa się zerem absolutnym. Innymi słowy, jest to minimalna możliwa granica, do której można schłodzić ciało fizyczne. Istnieje nawet bezwzględna skala temperatury (skala Kelvina), w której punktem odniesienia jest zero absolutne, a jeden dział skali równa się jednemu stopniowi. Naukowcy na całym świecie nadal pracują nad osiągnięciem tego celu podana wartość, ponieważ stwarza to wielkie perspektywy dla ludzkości.

Dlaczego to jest takie ważne

Ekstremalnie niskie i ekstremalnie wysokie temperatury są ściśle powiązane z koncepcjami nadciekłości i nadprzewodnictwa. Zanik oporu elektrycznego w nadprzewodnikach umożliwi osiągnięcie niewyobrażalnych wartości sprawności i wyeliminowanie wszelkich strat energii. Gdybyśmy tylko znaleźli sposób, który pozwoli nam swobodnie osiągać wartość” absolutne zero„, wiele problemów ludzkości zostałoby rozwiązanych. Pociągi unoszące się nad szynami, lżejsze i mniej obszerne silniki, transformatory i generatory, wysoce precyzyjna magnetoencefalografia, precyzyjne zegarki – to tylko kilka przykładów tego, co nadprzewodnictwo może wnieść w nasze życie .

Najnowsze osiągnięcia naukowe

We wrześniu 2003 roku badaczom z MIT i NASA udało się schłodzić gazowy sód do rekordowo niskiego poziomu. Podczas eksperymentu brakowało im zaledwie pół miliardowej stopnia do końca (zera absolutnego). Podczas badań sód znajdował się stale w polu magnetycznym, co uniemożliwiało mu kontakt ze ściankami pojemnika. Gdyby udało się pokonać barierę temperaturową, ruch molekularny w gazie zostałby całkowicie zatrzymany, gdyż takie chłodzenie wydobyłoby całą energię z sodu. Naukowcy zastosowali technikę, której autor (Wolfgang Ketterle) otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2001 roku. Kluczowy punkt przeprowadzone badania dotyczyły procesów gazowej kondensacji Bosego-Einsteina. Tymczasem nikt jeszcze nie unieważnił trzeciej zasady termodynamiki, zgodnie z którą zero absolutne jest wartością nie tylko nie do pokonania, ale także nieosiągalną. Ponadto obowiązuje zasada nieoznaczoności Heisenberga, a atomy po prostu nie mogą zatrzymać się w miejscu. Zatem na razie temperatura zera absolutnego pozostaje dla nauki nieosiągalna, choć naukowcom udało się zbliżyć do niej na znikomą odległość.

Absolutne zero temperatur

Absolutna temperatura zera- 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.

Uważa się, że zero absolutne jest w praktyce nieosiągalne. Jego istnienie i położenie na skali temperatur wynika z ekstrapolacji obserwacji zjawiska fizyczne, natomiast taka ekstrapolacja pokazuje, że w temperaturze zera absolutnego energia ruchu termicznego cząsteczek i atomów substancji powinna być równa zeru, to znaczy chaotyczny ruch cząstek ustanie, a one utworzą uporządkowaną strukturę, zajmując wyraźną pozycję węzły sieci krystalicznej. Jednak w rzeczywistości nawet w temperaturze zera absolutnego regularne ruchy cząstek tworzących materię pozostaną. Pozostałe oscylacje, takie jak oscylacje punktu zerowego, wynikają z właściwości kwantowych cząstek i otaczającej je próżni fizycznej.

Obecnie w laboratoriach fizycznych udało się uzyskać temperatury przekraczające zero absolutne zaledwie o kilka milionowych stopnia; samo osiągnięcie tego, zgodnie z prawami termodynamiki, jest niemożliwe.

Notatki

Literatura

• G. Burmina. Atak na zero absolutne. - M.: „Literatura dla dzieci”, 1983.

Zobacz także

Fundacja Wikimedia.

• 2010.
• Absolutna temperatura zera

Absolutna temperatura zera

Zobacz, co oznacza „temperatura zera absolutnego” w innych słownikach: Absolutna temperatura zera

- Temperatura zera absolutnego 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 ABSOLUTNE ZERA - ZERO BEZWZGLĘDNE, czyli temperatura, w której wszystkie elementy układu mają najmniejszą ilość energii dozwoloną przez prawa MECHANIKI KWANTOWEJ; zero w skali temperatury Kelvina, czyli 273,15°C (459,67° Fahrenheita). W tej temperaturze...

Naukowy i techniczny słownik encyklopedyczny

Absolutna skala temperatury Bezwzględna temperatura termodynamiczna

- Chaotyczny ruch termiczny w płaszczyźnie cząstek gazu, takich jak atomy i cząsteczki. Istnieją dwie definicje temperatury. Jeden z molekularnego punktu widzenia kinetycznego, drugi z termodynamicznego punktu widzenia. Temperatura (z łaciny temperatura właściwa ... ... Wikipedia Bezwzględna temperatura termodynamiczna

Absolutna skala temperatury Zero absolutne – punkt odniesienia temperatura absolutna

, rozpoczynając raport od 273,16 K poniżej punktu potrójnego wody (punkt równowagi trzech faz - lodu, wody i pary wodnej); W temperaturze zera absolutnego ruch cząsteczek zatrzymuje się i znajdują się one w stanie ruchu „zero”. Lub: najniższa temperatura, w której substancja nie zawiera energii cieplnej. Absolutne zero odczyt temperatury bezwzględnej. Odpowiada –273,16°C. Obecnie w laboratoriach fizycznych można uzyskać temperatury przekraczające zero absolutne zaledwie o kilka milionowych stopnia, ale zgodnie z prawami termodynamiki jest to niemożliwe. W temperaturze zera absolutnego układ znajdowałby się w stanie o najniższej możliwej energii (w tym stanie atomy i cząsteczki wykonywałyby „zerowe” drgania) i miałby zerową entropię (zero nieład). Objętość gazu doskonałego w punkcie zera absolutnego musi być równa zeru i aby określić ten punkt, mierzy się objętość rzeczywistego helu w temperaturze ciągły obniżanie temperatury aż do jego skroplenia pod niskim ciśnieniem (-268,9°C) i ekstrapolowanie do temperatury, w której objętość gazu wyniosłaby zero w przypadku braku skroplenia. Temperatura bezwzględna termodynamiczny skala jest mierzona w kelwinach, oznaczona symbolem K. Absolutny termodynamiczny skala i skala Celsjusza są po prostu przesunięte względem siebie i powiązane stosunkiem K = °C + 273,16°.

Historia

Słowo „temperatura” powstało w czasach, gdy ludzie wierzyli, że w ciałach znajdują się cieplejsze ciała więcej specjalna substancja - kaloryczna, niż w przypadku mniej podgrzewanych. Dlatego temperaturę postrzegano jako siłę mieszaniny materii ciała i kalorii. Z tego powodu jednostki miary mocy napojów alkoholowych i temperatury nazywane są tak samo - stopniami.

Ponieważ temperatura jest energią kinetyczną cząsteczek, oczywiste jest, że najbardziej naturalne jest jej mierzenie w jednostkach energii (tj. w układzie SI w dżulach). Dlatego pomiary temperatury rozpoczęły się na długo przed stworzeniem teorii kinetyki molekularnej wagi praktyczne Temperaturę mierzy się w konwencjonalnych jednostkach - stopniach.

Skala Kelvina

W termodynamice stosuje się skalę Kelvina, w której temperaturę mierzy się od zera absolutnego (stanu odpowiadającego minimalnej teoretycznie możliwej energii wewnętrznej ciała), a jeden kelwin jest równy 1/273,16 odległości od zera absolutnego do punktu potrójnego woda (stan, w którym pary lodu, wody i wody znajdują się w równowadze). Stała Boltzmanna służy do przeliczania kelwinów na jednostki energii. Stosowane są również jednostki pochodne: kilokelwin, megakelwin, milikelwin itp.

Celsjusz

W życiu codziennym posługujemy się skalą Celsjusza, w której 0 to temperatura zamarzania wody, a 100° to temperatura wrzenia wody pod ciśnieniem atmosferycznym. Ponieważ temperatury zamarzania i wrzenia wody nie są dobrze określone, skalę Celsjusza definiuje się obecnie za pomocą skali Kelvina: stopień Celsjusza jest równy kelwinowi, przyjmuje się, że zero absolutne wynosi -273,15 ° C. Skala Celsjusza jest praktycznie bardzo wygodna, ponieważ woda jest bardzo powszechna na naszej planecie i opiera się na niej nasze życie. Zero Celsjusza to szczególny punkt dla meteorologii, ponieważ zamarznięcie wody atmosferycznej zmienia wszystko znacząco.

Fahrenheita

W Anglii, a zwłaszcza w USA, używana jest skala Fahrenheita. W tej skali odstęp od samej temperatury dzieli się na 100 stopni. mroźna zima w mieście, w którym mieszkał Fahrenheit, do temperatury ludzkie ciało. Zero stopni Celsjusza to 32 stopnie Fahrenheita, a stopień Fahrenheita to 5/9 stopni Celsjusza.

Obecnie akceptowane następująca definicja Skala Fahrenheita: Jest to skala temperatury, w której 1 stopień (1°F) jest równy 1/180 różnicy między temperaturą wrzenia wody a temperaturą topnienia lodu pod ciśnieniem atmosferycznym, a temperatura topnienia lodu wynosi + 32°F. Temperatura w skali Fahrenheita jest powiązana z temperaturą w skali Celsjusza (t°C) poprzez stosunek t°C = 5/9 (t°F – 32), 1°F = 5/9°C. Zaproponowany przez G. Fahrenheita w 1724 r.

Skala Reaumura

Zaproponowany w 1730 roku przez RA Reaumur, który opisał wynaleziony przez siebie termometr alkoholowy.

Jednostką jest stopień Reaumur (°R), 1°R jest równy 1/80 przedziału temperatur pomiędzy punktami odniesienia – temperaturą topnienia lodu (0°R) i temperaturą wrzenia wody (80°R)

1°R = 1,25°C.

Obecnie skala wyszła z użycia, najdłużej przetrwała we Francji, ojczyźnie autora.

Porównanie skal temperatur

Opis	kelwin	Celsjusz	Fahrenheita	Niuton	Reaumur
, rozpoczynając raport od 273,16 K poniżej punktu potrójnego wody (punkt równowagi trzech faz - lodu, wody i pary wodnej); W temperaturze zera absolutnego ruch cząsteczek zatrzymuje się i znajdują się one w stanie ruchu „zero”. Lub: najniższa temperatura, w której substancja nie zawiera energii cieplnej.		−273.15	−459.67	−90.14	−218.52
Temperatura topnienia mieszaniny stopni Fahrenheita (sól i lód w równych ilościach)			0	−5.87
Temperatura zamarzania wody (warunki normalne)		0	32	0
Średnia temperatura ciała człowieka¹		36.8	98.2	12.21
Temperatura wrzenia wody (warunki normalne)		100	212	33
Temperatura powierzchni słonecznej	5800	5526	9980	1823

Normalna temperatura ciała człowieka wynosi 36,6 ° C ± 0,7 ° C lub 98,2 ° F ± 1,3 ° F. Powszechnie podawana wartość 98,6 °F jest dokładną konwersją na stopnie Fahrenheita XIX-wiecznej niemieckiej wartości 37 °C. Ponieważ wartość ta nie mieści się w normalnym zakresie temperatur wg nowoczesne pomysły, można powiedzieć, że zawiera on nadmierną (nieprawidłową) precyzję. Niektóre wartości w tej tabeli zostały zaokrąglone.

Porównanie skal Fahrenheita i Celsjusza

(z– skala Fahrenheita, oC– skala Celsjusza)

oF	oC		oF	oC		oF	oC		oF	oC
-459.67 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -190 -180 -170 -160 -150 -140 -130 -120 -110 -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 -65	-273.15 -267.8 -240.0 -212.2 -184.4 -156.7 -128.9 -123.3 -117.8 -112.2 -106.7 -101.1 -95.6 -90.0 -84.4 -78.9 -73.3 -70.6 -67.8 -65.0 -62.2 -59.4 -56.7 -53.9		-60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5	-51.1 -48.3 -45.6 -42.8 -40.0 -37.2 -34.4 -31.7 -28.9 -28.3 -27.8 -27.2 -26.7 -26.1 -25.6 -25.0 -24.4 -23.9 -23.3 -22.8 -22.2 -21.7 -21.1 -20.6		-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19	-20.0 -19.4 -18.9 -18.3 -17.8 -17.2 -16.7 -16.1 -15.6 -15.0 -14.4 -13.9 -13.3 -12.8 -12.2 -11.7 -11.1 -10.6 -10.0 -9.4 -8.9 -8.3 -7.8 -7.2		20 21 22 23 24 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 125 150 200	-6.7 -6.1 -5.6 -5.0 -4.4 -3.9 -1.1 1.7 4.4 7.2 10.0 12.8 15.6 18.3 21.1 23.9 26.7 29.4 32.2 35.0 37.8 51.7 65.6 93.3

Aby przeliczyć stopnie Celsjusza na Kelwiny, należy skorzystać ze wzoru T=t+T 0 gdzie T to temperatura w kelwinach, t to temperatura w stopniach Celsjusza, T 0 =273,15 kelwinów. Rozmiar stopnia Celsjusza jest równy kelwinowi.

Absolutna temperatura zera

Absolutna temperatura zera(rzadziej - temperatura zera absolutnego) - minimalna granica temperatury, jaką może mieć ciało fizyczne we Wszechświecie. Zero absolutne służy jako początek absolutnej skali temperatury, takiej jak skala Kelvina. W 1954 roku X Generalna Konferencja Miar i Wag ustaliła termodynamiczną skalę temperatur z jednym punktem odniesienia – punktem potrójnym wody, której temperaturę przyjęto 273,16 K (dokładnie), co odpowiada 0,01°C, tak że w skali Celsjusza temperatura odpowiada zeru absolutnemu -273,15 °C.

Zjawiska obserwowane w pobliżu zera absolutnego

W temperaturach bliskich zera absolutnego, czysty efekty kwantowe, takie jak:

Notatki

Literatura

• G. Burmina. Atak na zero absolutne. - M.: „Literatura dla dzieci”, 1983

Zobacz także

Fundacja Wikimedia.

• Goeringa
• Kszapanaka

Zobacz, co oznacza „temperatura zera absolutnego” w innych słownikach:

ABSOLUTNA TEMPERATURA ZEROWA- termodynamiczny punkt odniesienia. temperatura; znajduje się 273,16 K poniżej temperatury punktu potrójnego (0,01°C) wody (273,15°C poniżej temperatury zera w skali Celsjusza, (patrz SKALE TEMPERATURY).Istnienie termodynamicznej skali temperatury i A. n. T.… … Encyklopedia fizyczna

temperatura zera absolutnego- początek odczytu temperatury bezwzględnej na termodynamicznej skali temperatur. Zero absolutne znajduje się 273,16°C poniżej temperatury punktu potrójnego wody, która przyjmuje się za 0,01°C. Temperatura zera absolutnego jest zasadniczo nieosiągalna... ... Słownik encyklopedyczny

temperatura zera absolutnego- absoliutusis nulis statusas T sritis Energetika apibrėžtis Termodinaminės temperatūros atskaitos pradžia, esanti 273.16 K žemiau trigubojo vandens taško. Pagal trečiąjį termodinamikos dėsnį, absoliutusis nulis nepasiekiamas. atitikmenys: pol.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Absolutna temperatura zera- początkowy odczyt w skali Kelvina to ujemna temperatura 273,16 stopnia w skali Celsjusza... Początki nowożytnych nauk przyrodniczych

ABSOLUTNE ZERA- temperatura, początek odczytu temperatury na termodynamicznej skali temperatur. Zero absolutne znajduje się 273,16°C poniżej temperatury punktu potrójnego wody (0,01°C). Zero absolutne jest w zasadzie nieosiągalne, temperatury prawie osiągnęły... ... Nowoczesna encyklopedia

ABSOLUTNE ZERA- temperatura jest początkiem odczytu temperatury na termodynamicznej skali temperatur. Zero absolutne znajduje się w temperaturze 273,16°C poniżej temperatury punktu potrójnego wody, dla której wartość wynosi 0,01°C. Zero absolutne jest zasadniczo nieosiągalne (patrz... ... Wielki słownik encyklopedyczny

ABSOLUTNE ZERA- temperatura wyrażająca brak ciepła wynosi 218 ° C. Słownik obce słowa, zawarte w języku rosyjskim. Pavlenkov F., 1907. Temperatura zera absolutnego (fizyczna) - najniższa możliwa temperatura (273,15°C). Duży słownik… … Słownik obcych słów języka rosyjskiego

ABSOLUTNE ZERA- temperatura, początek temperatury w termodynamicznej skali temperatur (patrz TERMODYNAMICZNA SKALA TEMPERATURY). Zero absolutne znajduje się 273,16 °C poniżej temperatury punktu potrójnego (patrz PUNKT POTRÓJNY) wody, dla której przyjmuje się ... ... Słownik encyklopedyczny

ABSOLUTNE ZERA- wyjątkowo niska temperatura, w której zatrzymuje się ruch termiczny cząsteczek. Ciśnienie i objętość gazu doskonałego, zgodnie z prawem Boyle'a-Mariotte'a, wynoszą: równy zeru, i przyjmuje się początek temperatury bezwzględnej w skali Kelvina... ... Słownik ekologiczny

ABSOLUTNE ZERA- początek zliczania temperatury bezwzględnej. Odpowiada 273,16° C. Obecnie w laboratoriach fizycznych udało się uzyskać temperaturę przekraczającą zero absolutne zaledwie o kilka milionowych stopnia i osiągnąć ją, zgodnie z prawami... ... Encyklopedia Colliera