Zero absolutne (zero absolutne) - początek temperatury absolutnej, która rozpoczyna się 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 start 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 w skali Kelvina: stopień Celsjusza jest równy kelwinowi, absolutne zero przyjmuje się, że 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
Absolutne zero		−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.

> Zero absolutne

Dowiedz się, czemu to jest równe temperatura zera absolutnego i wartość entropii. Dowiedz się, jaka jest temperatura zera absolutnego w skali Celsjusza i Kelvina.

Absolutne zero– minimalna temperatura. Jest to punkt, w którym osiąga entropia najniższa wartość.

Cel nauczania

• 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 kwantowo-mechaniczną energię zerową. 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 temperatura zera absolutnego osiąga 0 K w skali Kelvina i -273,15°C w skali Celsjusza. Substancja wykazuje w temperaturach minimalnych efekty kwantowe, 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).

Gwałtowna ekspansja gazów prowadzi do minimalnej obserwowanej temperatury

(1 oceny, średnia: 5,00 z 5)

Bliska Ziemi asteroida Bennu interesuje badaczy ze względu na swoją naturę. Faktem jest, że potrafi odsłonić przeszłość układ słoneczny albo ru...

Zaćmienie Słońca na Marsie! Jak satelita zarządza... Zaćmienia Słońca są nadal interesującym, ale znanym wydarzeniem dla Ziemian. W tych okresach satelita Ziemi blokuje światło gwiazdy. Jednak zaćmienie...

Każde ciało fizyczne, w tym wszystkie obiekty we Wszechświecie, ma minimalną temperaturę lub jej granicę. Za punkt wyjścia dowolnej skali temperatury uważa się wartość temperatury zera absolutnego. Ale to tylko w teorii. Chaotyczny ruch atomów i cząsteczek, które w tym momencie oddają swoją energię, nie został jeszcze w praktyce zatrzymany.

Jest to główny powód, dla którego nie można osiągnąć temperatur zera absolutnego. Nadal toczą się dyskusje na temat konsekwencji tego procesu. Z punktu widzenia termodynamiki granica ta jest nieosiągalna, ponieważ ruch termiczny atomów i cząsteczek zatrzymuje się całkowicie i powstaje sieć krystaliczna.

Przedstawiciele fizyki kwantowej przewidują obecność minimalnych zerowych oscylacji w temperaturach zera absolutnego.

Jaka jest wartość temperatury zera absolutnego i dlaczego nie można jej osiągnąć

Na Generalnej Konferencji Miar i Wag po raz pierwszy ustalono punkt odniesienia lub punkt odniesienia dla przyrządów pomiarowych określających wskaźniki temperatury.

Obecnie w Międzynarodowym Układzie Jednostek punktem odniesienia dla skali Celsjusza jest 0°C dla zamrażania i 100°C dla wrzenia, wartość temperatur zera bezwzględnego wynosi -273,15°C.

Stosując wartości temperatur w skali Kelvina zgodnie z tym samym System międzynarodowy jednostek miary, woda wrze przy wartości referencyjnej 99,975°C, zero absolutne jest równe 0. Fahrenheit na skali odpowiada -459,67 stopnia.

Ale jeśli te dane zostaną uzyskane, dlaczego w praktyce niemożliwe jest osiągnięcie temperatur zera absolutnego? Dla porównania możemy przyjąć dobrze znaną prędkość światła, która jest równa stałej znaczenie fizyczne 1 079 252 848,8 km/h.

Jednak w praktyce wartości tej nie da się osiągnąć. Zależy to od długości fali transmisji, warunków i wymaganego pochłaniania dużej ilości energii przez cząstki. Aby uzyskać wartość temperatur zera absolutnego, wymagany jest duży wydatek energii i brak jej źródeł, które uniemożliwiałyby jej przedostanie się do atomów i cząsteczek.

Jednak nawet w warunkach całkowitej próżni naukowcom nie udało się uzyskać ani prędkości światła, ani temperatur zera absolutnego.

Dlaczego możliwe jest osiągnięcie temperatur w przybliżeniu zerowych, ale nie zera absolutnego?

To, co się stanie, gdy nauka będzie w stanie zbliżyć się do osiągnięcia ekstremalnie niskiej temperatury zera absolutnego, pozostaje jedynie w teorii termodynamiki i fizyki kwantowej. Z jakiego powodu w praktyce nie można osiągnąć temperatur zera absolutnego?

Wszystkie znane próby schłodzenia substancji do najniższej granicy ze względu na maksymalną utratę energii doprowadziły do ​​tego, że pojemność cieplna substancji również osiągnęła wartość minimalną. Cząsteczki po prostu nie były już w stanie oddawać pozostałej energii. W efekcie proces chłodzenia zatrzymał się, nie osiągając zera absolutnego.

Badając zachowanie metali w warunkach bliskich temperaturom bliskim zera absolutnego, naukowcy odkryli, że maksymalny spadek temperatury powinien spowodować utratę rezystancji.

Ale zaprzestanie ruchu atomów i cząsteczek doprowadziło jedynie do powstania sieci krystalicznej, przez którą przechodzące elektrony przekazywały część swojej energii nieruchomym atomom. Znów nie udało się osiągnąć zera absolutnego.

W 2003 r. temperatura była tylko o pół miliardowej 1°C niższa od zera absolutnego. Naukowcy z NASA do przeprowadzenia eksperymentów wykorzystali cząsteczkę Na, która zawsze znajdowała się w polu magnetycznym i oddawała swoją energię.

Największe osiągnięcie osiągnęli naukowcy z Uniwersytetu Yale, którzy w 2014 roku osiągnęli wynik 0,0025 Kelvina. Powstały związek, monofluorek strontu (SrF), działał tylko 2,5 sekundy. I w końcu nadal rozpadał się na atomy.

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- 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

Absolutna skala temperatury- 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

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, więc zero absolutne oznacza, że ​​ciało nic nie emituje i nie można z tego obiektu 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.