Je li moguće eksperimentalno dobiti apsolutnu nulu. Apsolutna nula: povijest otkrića i glavna primjena. najviša temperatura

Temperatura apsolutne nule

Temperatura apsolutne nule(rjeđe temperatura apsolutne nule) je minimalna granica temperature koju fizičko tijelo u svemiru može imati. Apsolutna nula služi kao početna točka za apsolutnu temperaturnu ljestvicu, kao što je Kelvinova ljestvica. Godine 1954. X. Generalna konferencija za utege i mjere uspostavila je termodinamičku temperaturnu ljestvicu s jednom referentnom točkom - trostrukom točkom vode, čija se temperatura uzima na 273,16 K (točno), što odgovara 0,01 °C, tako da na Celzijevoj ljestvici apsolutna nula odgovara temperaturi -273,15°C.

Fenomeni uočeni blizu apsolutne nule

Na temperaturama blizu apsolutne nule mogu se uočiti čisto kvantni učinci na makroskopskoj razini, kao što su:

Bilješke

Književnost

• G. Burmin. Oluja apsolutne nule. - M .: "Dječja književnost", 1983

vidi također

Zaklada Wikimedia. 2010. godine.

• idući
• Kshapanaka

Pogledajte što je "temperatura apsolutne nule" u drugim rječnicima:

APSOLUTNA NULA TEMPERATURA- termodinamička referentna točka. privremeni; nalazi se 273,16 K ispod temperature trojne točke (0,01 °C) vode (273,15 °C ispod nulte temperature na Celzijevoj ljestvici, (vidi TEMPERATURNE SKALE). Postojanje termodinamičke temperaturne ljestvice i A. n. T.… … Fizička enciklopedija

temperatura apsolutne nule- početak očitanja apsolutne temperature na termodinamičkoj temperaturnoj skali. Apsolutna nula je 273,16ºC ispod temperature trojne točke vode, za koju se pretpostavlja da je 0,01ºC. Temperatura apsolutne nule je fundamentalno nedostižna ... ... enciklopedijski rječnik

temperatura apsolutne nule- 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: engl.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Temperatura apsolutne nule- početno očitanje na Kelvinovoj skali, na Celzijevoj skali je negativna temperatura od 273,16 stupnjeva ... Počeci moderne prirodne znanosti

APSOLUTNA NULA- temperatura, referentna točka temperature prema termodinamičkoj temperaturnoj skali. Apsolutna nula nalazi se 273,16°C ispod temperature trojne točke vode (0,01°C). Apsolutna nula je fundamentalno nedostižna, temperature su praktički dostignute, ... ... Moderna enciklopedija

APSOLUTNA NULA- temperaturna referentna temperatura na termodinamičkoj temperaturnoj skali. Apsolutna nula nalazi se 273,16.C ispod temperature trojne točke vode, za koju je prihvaćena vrijednost od 0,01.C. Apsolutna nula je fundamentalno nedostižna (vidi ... ... Veliki enciklopedijski rječnik

APSOLUTNA NULA- temperatura, koja izražava odsutnost topline, je 218 ° C. Rječnik stranih riječi koje su dio ruskog jezika. Pavlenkov F., 1907. apsolutna nulta temperatura (fiz.) – najniža moguća temperatura (273,15°C). Veliki rječnik… … Rječnik stranih riječi ruskog jezika

APSOLUTNA NULA- temperatura, temperaturna referentna točka prema termodinamičkoj temperaturnoj skali (vidi TERMODINAMIČKA TEMPERATURNA SKALA). Apsolutna nula nalazi se 273,16 ° C ispod temperature trojne točke (vidi TROSTRUKA TOČKA) vode, za koju ... ... enciklopedijski rječnik

APSOLUTNA NULA- najniža temperatura pri kojoj prestaje toplinsko kretanje molekula. Tlak i volumen idealnog plina, prema Boyle Mariotteovom zakonu, postaje jednak nuli, a referentna točka za apsolutnu temperaturu na Kelvinovoj ljestvici uzima se ... ... Ekološki rječnik

APSOLUTNA NULA- referentna točka apsolutne temperature. Odgovara 273,16 ° C. Trenutačno je u fizičkim laboratorijima bilo moguće dobiti temperaturu koja prelazi apsolutnu nulu za samo nekoliko milijuntih dijelova stupnja, ali to postići, prema zakonima ... ... Collier Encyclopedia

Kao temperatura apsolutne nule uzima se granična temperatura pri kojoj volumen idealnog plina postaje nula. Međutim, volumen stvarnih plinova na temperaturi apsolutnoj nuli ne može nestati. Ima li onda ovo temperaturno ograničenje smisla?

Granična temperatura, čije postojanje proizlazi iz Gay-Lussacovog zakona, ima smisla jer je praktično moguće svojstva realnog plina približiti svojstvima idealnog. Za to je potrebno uzeti sve razrijeđeniji plin, tako da njegova gustoća teži nuli. Doista, s padom temperature, volumen takvog plina će težiti granici, blizu nule.

Nađimo vrijednost apsolutne nule na Celzijevoj ljestvici. Izjednačavanje volumena VV formula (3.6.4) na nulu i uzimajući u obzir da

Stoga je temperatura apsolutne nule

* Točnija vrijednost za apsolutnu nulu: -273,15 °C.

To je granična, najniža temperatura u prirodi, onaj “najveći ili posljednji stupanj hladnoće”, čije je postojanje predvidio Lomonosov.

Kelvinova skala

Kelvin William (Thomson W.) (1824.-1907.) - izvanredan engleski fizičar, jedan od utemeljitelja termodinamike i molekularno-kinetičke teorije plinova.

Kelvin je uveo apsolutnu temperaturnu ljestvicu i dao jednu od formulacija drugog zakona termodinamike u obliku nemogućnosti potpunog pretvaranja topline u rad. Izračunao je veličinu molekula na temelju mjerenja površinske energije tekućine. U vezi s polaganjem transatlantskog telegrafskog kabela Kelvin je razvio teoriju elektromagnetskih oscilacija i izveo formulu za period slobodnih oscilacija u krugu. Za znanstvene zasluge W. Thomson dobio je titulu lorda Kelvina.

Engleski znanstvenik W. Kelvin uveo je apsolutnu temperaturnu ljestvicu. Nulta temperatura na Kelvinovoj ljestvici odgovara apsolutnoj nuli, a jedinica temperature na ovoj ljestvici jednaka je stupnjevima Celzijusa, pa je apsolutna temperatura T je povezan s temperaturom na Celzijevoj ljestvici formulom

(3.7.6)

Slika 3.11 prikazuje apsolutnu skalu i Celzijevu skalu za usporedbu.

SI jedinica apsolutne temperature naziva se kelvin (skraćeno K). Stoga je jedan stupanj Celzijusa jednak jednom stupnju Kelvina: 1 °C = 1 K.

Stoga je apsolutna temperatura, prema definiciji danoj formulom (3.7.6), izvedena veličina koja ovisi o Celzijevoj temperaturi i eksperimentalno određenoj vrijednosti a. Međutim, to je od temeljne važnosti.

Sa stajališta molekularne kinetičke teorije, apsolutna temperatura je povezana s prosječnom kinetičkom energijom nasumičnog gibanja atoma ili molekula. Na T = O Do toplinskog gibanja molekula prestaje. O tome će biti više riječi u 4. poglavlju.

Volumen u odnosu na apsolutnu temperaturu

Pomoću Kelvinove ljestvice Gay-Lussacov zakon (3.6.4) može se napisati u jednostavnijem obliku. Jer

(3.7.7)

Volumen plina određene mase pri konstantnom tlaku izravno je proporcionalan apsolutnoj temperaturi.

Iz toga slijedi da je omjer volumena plina iste mase u različitim stanjima pri istom tlaku jednak omjeru apsolutnih temperatura:

(3.7.8)

Postoji minimalna moguća temperatura pri kojoj volumen (i tlak) idealnog plina nestaje. Ovo je temperatura apsolutne nule:-273 °S. Prikladno je mjeriti temperaturu od apsolutne nule. Tako se gradi apsolutna temperaturna ljestvica.

Svako fizičko tijelo, uključujući sve objekte u svemiru, ima minimalni temperaturni indeks ili njegovu granicu. Za referentnu točku bilo koje temperaturne ljestvice uobičajeno je uzeti u obzir vrijednost apsolutne nulte temperature. Ali to je samo u teoriji. Kaotično kretanje atoma i molekula, koji u ovom trenutku odaju svoju energiju, u praksi još nije zaustavljeno.

To je glavni razlog zašto se ne mogu postići apsolutne nulte temperature. Još uvijek postoje sporovi o posljedicama ovog procesa. Sa stajališta termodinamike, ta je granica nedostižna, budući da toplinsko gibanje atoma i molekula potpuno prestaje i nastaje kristalna rešetka.

Predstavnici kvantne fizike predviđaju prisutnost minimalnih oscilacija nulte točke na temperaturama apsolutne nule.

Koja je vrijednost apsolutne nulte temperature i zašto se ona ne može postići

Na Generalnoj konferenciji za utege i mjere po prvi put je uspostavljena referentna ili referentna točka za mjerne instrumente koji određuju temperaturne pokazatelje.

Trenutno, u Međunarodnom sustavu jedinica, referentna točka za Celzijevu ljestvicu je 0 ° C pri smrzavanju i 100 ° C tijekom procesa vrenja, vrijednost apsolutne nulte temperature jednaka je −273,15 ° C.

Korištenje temperaturnih vrijednosti na Kelvinovoj skali za isto Međunarodni sustav jedinica, kipuća voda će se dogoditi na referentnoj vrijednosti od 99,975 ° C, apsolutna nula je jednaka 0. Fahrenheit na ljestvici odgovara -459,67 stupnjeva.

No, ako se dođe do ovih podataka, zašto je onda u praksi nemoguće postići apsolutnu nulu. Za usporedbu možemo uzeti svima poznatu brzinu svjetlosti koja je jednaka konstantnoj fizikalnoj vrijednosti od 1.079.252.848,8 km/h.

Međutim, ova se vrijednost ne može postići u praksi. Ovisi o valnoj duljini prijenosa, o uvjetima i potrebnoj apsorpciji veliki broj energija čestica. Za dobivanje vrijednosti apsolutne nulte temperature nužan je veliki povrat energije i nepostojanje njezinih izvora koji bi spriječili njezin ulazak u atome i molekule.

Ali čak ni u uvjetima potpunog vakuuma, znanstvenici nisu dobili ni brzinu svjetlosti ni apsolutne nulte temperature.

Zašto je moguće doseći približne nulte temperature, ali ne i apsolutne

Što će se dogoditi kada se znanost približi postizanju ekstremno niske temperature apsolutne nule, zasad ostaje samo u teoriji termodinamike i kvantne fizike. Koji je razlog zašto je u praksi nemoguće postići apsolutne nulte temperature.

Svi poznati pokušaji da se tvar ohladi do najniže granične granice zbog maksimalnog gubitka energije doveli su do toga da je i vrijednost toplinskog kapaciteta tvari dosegnula minimalnu vrijednost. Molekule jednostavno nisu bile u stanju dati ostatak energije. Kao rezultat toga, proces hlađenja je zaustavljen prije nego što je dosegla apsolutnu nulu.

Proučavajući ponašanje metala u uvjetima bliskim vrijednostima temperature apsolutne nule, znanstvenici su otkrili da bi maksimalno smanjenje temperature trebalo izazvati gubitak otpora.

Ali prestanak kretanja atoma i molekula doveo je samo do nastanka kristalna rešetka, kroz koje prolazeći elektroni prenose dio svoje energije na stacionarne atome. Nije uspjelo ponovno dosegnuti apsolutnu nulu.

Godine 2003. samo je pola milijarditog dijela 1°C nedostajalo do apsolutne nule. NASA-ini istraživači koristili su molekulu Na za provođenje eksperimenata, koja je uvijek bila u magnetskom polju i odavala svoju energiju.

Najbliže je bilo postignuće znanstvenika sa Sveučilišta Yale, koji su 2014. godine postigli pokazatelj od 0,0025 Kelvina. Rezultirajući spoj stroncij monofluorid (SrF) postojao je samo 2,5 sekunde. I na kraju se ipak raspala na atome.

Temperatura je kvantitativna mjera koliko je neko tijelo vruće. Među fizikalnim veličinama koje određuju stanje sustava posebno mjesto zauzima pojam temperature. Temperatura ne samo da karakterizira stanje toplinske ravnoteže danog tijela. To je također parametar koji ima istu vrijednost za bilo koja dva ili više tijela u međusobnoj toplinskoj ravnoteži, tj. karakterizira toplinsku ravnotežu sustava tijela. To znači da ako se dva ili više tijela s različitim temperaturama dovedu u dodir, tada će kao rezultat interakcije između molekula ta tijela poprimiti istu vrijednost temperature.

Molekularno-kinetička teorija omogućuje rasvjetljavanje fizičkog značenja temperature. Uspoređujući izraze (2.4) i (2.7), vidimo da se podudaraju ako stavimo

(2.9)

Te se relacije nazivaju drugim temeljnim jednadžbama molekularno-kinetičke teorije plinova. Oni pokazuju da je apsolutna temperatura veličina koja određuje prosječnu kinetičku energiju translatornog gibanja molekula; mjera je energije translatornog gibanja molekula, a time i intenziteta toplinskog gibanja molekula. Ovo je molekularno-kinetičko značenje apsolutne temperature. Kao što vidite, proces zagrijavanja tijela izravno je povezan s povećanjem prosječne kinetičke energije čestica tijela. Iz (2.9) se vidi da je apsolutna temperatura pozitivna vrijednost: Značenje naziva se temperatura apsolutne nule. Prema (2.8), na apsolutnoj nuli translatorno gibanje čestica mora potpuno prestati ( ). Međutim, treba napomenuti da na niskim temperaturama plin prelazi u kondenzirano stanje. Posljedično, svi zaključci izvedeni na temelju kinetičke teorije plinova također gube smisao. A na temperaturi apsolutnoj nuli gibanje ne nestaje. Gibanje elektrona u atomima, gibanje slobodnih elektrona u metalima potpuno su očuvani čak i pri apsolutnoj nuli. Osim toga, čak i na apsolutnoj nuli, očuvano je neko oscilatorno gibanje atoma unutar molekula i atoma u čvorovima kristalne rešetke. Postojanje ovih oscilacija povezuje se s prisutnošću nulte energije u kvantnom harmonijskom oscilatoru ( ), što se može smatrati gornjim vibracijama atoma. Ova energija ne ovisi o temperaturi, pa stoga ne nestaje ni pri . Na niskim temperaturama klasični koncepti gibanja prestaju vrijediti. U tom području djeluju kvantni zakoni prema kojima kretanje čestica ne prestaje čak ni ako se temperatura tijela spusti na apsolutnu nulu. Ali brzina tog kretanja više ne ovisi o temperaturi, a to gibanje nije toplinsko. To potvrđuje načelo neodređenosti. Ako su čestice tijela mirovale, onda su njihovi položaji (koordinate x, g, z) i momente (projekcije momenta px, py, pz) bila bi točno definirana itd., a to je u suprotnosti s odnosima nesigurnosti itd. Apsolutna nula nije dostižna. U nastavku će se pokazati da apsolutna nulta temperatura znači takvo stanje sustava u kojem je sustav u stanju s najmanjom energijom, a samim time i daljnje smanjenje intenziteta gibanja njegovih čestica zbog prijenosa njegove energije okolnim tijelima nije moguće.

Formula (2.7) može se napisati kao

Ova formula može poslužiti kao definicija pojma apsolutne temperature za jednoatomski plin. Temperatura bilo kojeg drugog sustava može se definirati kao vrijednost jednaka temperaturi jednoatomskog plina u toplinskoj ravnoteži s ovim sustavom. Definicija temperature pomoću ove formule točna je do temperatura pri kojima više nije moguće zanemariti vjerojatnost pojave elektronički pobuđenih stanja atoma plina.

Relacija (2.8) omogućuje nam da uvedemo takozvanu srednju kvadratnu molekularnu brzinu, definirajući je kao

Onda dobivamo

Koncept apsolutne temperature može se strože uvesti u statističku fiziku, gdje se može smatrati modulom statističke raspodjele čestica po energijama. Također napominjemo da budući da je temperatura, kao i tlak, kao što se može vidjeti iz formula (2.7) i (2.8), određena prosječnom kinetičkom energijom idealne molekule plina, tada su vrijednosti statističke veličine i, stoga je besmisleno govoriti o temperaturi ili tlaku jedne ili manjeg broja molekula.

Pojam "temperatura" pojavio se u vrijeme kada su fizičari smatrali da se topla tijela sastoje od veće količine određene tvari - kalorijske - nego ista tijela, ali hladna. A temperatura je protumačena kao vrijednost koja odgovara količini kalorija u tijelu. Od tada se temperatura svakog tijela mjeri u stupnjevima. Ali u stvarnosti to je mjera kinetičke energije molekula u kretanju i, na temelju toga, trebala bi se mjeriti u Joulima, u skladu sa SI sustavom jedinica.

Koncept "apsolutne nulte temperature" dolazi iz drugog zakona termodinamike. Prema njemu je nemoguć proces prijenosa topline s hladnog tijela na vruće. Ovaj koncept uveo je engleski fizičar W. Thomson. Za uspjehe u fizici dobio je plemićku titulu "Lord" i titulu "Baron Kelvin". Godine 1848. W. Thomson (Kelvin) predložio je korištenje temperaturne ljestvice, u kojoj je uzeo temperaturu apsolutne nule koja odgovara ekstremnoj hladnoći kao početnu točku, a uzeo je stupnjeve Celzija kao cijenu podjele. Jedinica Kelvina je 1/27316 temperature trojne točke vode (oko 0 stupnjeva C), tj. temperatura na kojoj čista voda postoji u tri oblika odjednom: led, tekuća voda i para. temperatura je najniža moguća niska temperatura pri kojoj prestaje kretanje molekula, te više nije moguće izvlačiti toplinsku energiju iz tvari. Od tada apsolutna temperaturna ljestvica nosi njegovo ime.

Temperatura se mjeri na različitim ljestvicama

Najčešće korištena temperaturna ljestvica naziva se Celzijeva ljestvica. Građena je na dvije točke: na temperaturi faznog prijelaza vode iz tekućine u paru i vode u led. A. Celsius je 1742. godine predložio da se udaljenost između referentnih točaka podijeli u 100 intervala, a da se voda uzme kao nula, dok je točka smrzavanja 100 stupnjeva. No Šveđanin K. Linnaeus predložio je da se učini suprotno. Od tada se voda smrzava na nula stupnjeva A. Celzija. Iako bi trebao kuhati točno u Celzijusu. Apsolutna nula u Celzijusu odgovara minus 273,16 stupnjeva Celzija.

Postoji još nekoliko temperaturnih ljestvica: Fahrenheit, Réaumur, Rankine, Newton, Roemer. Imaju različite i cjenovne podjele. Na primjer, Réaumurova ljestvica također je izgrađena na mjerilima vrenja i smrzavanja vode, ali ima 80 podjela. Fahrenheitova ljestvica, koja se pojavila 1724., koristi se u svakodnevnom životu samo u nekim zemljama svijeta, uključujući SAD; jedna je temperatura smjese vodeni led - amonijak, a druga je temperatura ljudskog tijela. Ljestvica je podijeljena na stotinu podjeljaka. Nula Celzija odgovara 32. Pretvorba stupnjeva u Fahrenheit može se izvršiti pomoću formule: F = 1,8 C + 32. Obrnuti prijevod: C = (F - 32) / 1,8, gdje: F - stupnjevi Fahrenheita, C - stupnjevi Celzija. Ako ste previše lijeni za brojanje, idite na online uslugu pretvorbe Celzija u Fahrenheite. U okvir upišite broj Celzijevih stupnjeva, kliknite "Izračunaj", odaberite "Fahrenheit" i kliknite "Start". Rezultat će se pojaviti odmah.

Ime je dobio po engleskom (točnije škotskom) fizičaru Williamu J. Rankinu, nekadašnjem Kelvinovu suvremeniku i jednom od utemeljitelja tehničke termodinamike. Tri su važne točke na njegovoj ljestvici: početak je apsolutna nula, ledište vode je 491,67 stupnjeva Rankinea i vrelište vode je 671,67 stupnjeva. Broj podjela između smrzavanja vode i njezinog ključanja u Rankineu i Fahrenheitu je 180.

Većinu ovih ljestvica koriste isključivo fizičari. A 40% ovih dana anketiranih američkih srednjoškolaca reklo je da ne znaju što je temperatura apsolutne nule.