Absolutna temperatura zera. Temperatura zera absolutnego to punkt, w którym zatrzymuje się ruch molekularny.

Zero absolutne (zero absolutne) - początek temperatury absolutnej, zaczynający 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.

Zero absolutne Początek odczyt temperatury bezwzględnej. Odpowiada -273,16°C. Obecnie w laboratoriach fizycznych można uzyskać temperaturę przekraczającą 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 sekwencyjny obniżanie temperatury aż do jego skroplenia pod niskim ciśnieniem (-268,9°C) i ekstrapolowanie do temperatury, w której objętość gazu przy braku skraplania wyniosłaby zero. Temperatura absolutna 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°.

Fabuła

Słowo „temperatura” powstało w czasach, gdy ludzie wierzyli, że ciała bardziej ogrzane zawierają większą ilość specjalnej substancji – kalorycznej – niż ciała mniej ogrzane. 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). Jednak pomiar temperatury rozpoczął się na długo przed powstaniem teorii kinetyki molekularnej, dlatego praktyczne skale mierzą temperaturę 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. Skala ta dzieli przedział od temperatury najzimniejszej zimy w mieście, w którym żył Fahrenheit, do temperatury ludzkiego ciała na 100 stopni. Zero stopni Celsjusza to 32 stopnie Fahrenheita, a stopień Fahrenheita to 5/9 stopni Celsjusza.

Obecna definicja skali Fahrenheita jest następująca: 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, oraz 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 roku.

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
Zero absolutne		−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 zakresie normalnej temperatury według współczesnych koncepcji, można powiedzieć, że zawiera ona nadmierną (nieprawidłową) dokładność. 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.

Absolutne zero temperatur

Absolutna temperatura zera- jest to minimalna granica temperatury, jaką może mieć ciało fizyczne. Zero absolutne służy jako początek absolutnej 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. Jej istnienie i położenie na skali temperatur wynika z ekstrapolacji obserwowanych zjawisk fizycznych, a z takiej ekstrapolacji wynika, że ​​przy zera absolutnym energia ruchu termicznego cząsteczek i atomów substancji powinna być równa zeru, czyli chaotycznego ruchu cząstek przystanki i tworzą uporządkowaną strukturę, zajmując wyraźne miejsce w węzłach 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 możliwe jest uzyskanie temperatur przekraczających 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 też

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 ABSOLUTNE- 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

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 temperatury w skali Kelvina według tego samego Międzynarodowego Układu Jednostek, wrzenie wody nastąpi przy wartości odniesienia 99,975 ° C, zero absolutne jest równe 0. W skali Fahrenheita wskaźnik 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 wartości fizycznej wynoszącej 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 stratę 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 części 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.

> 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.

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 przemieszczona 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 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).

Gwałtowna ekspansja gazów prowadzi do minimalnej obserwowanej temperatury

Fizyczne pojęcie „temperatury zera absolutnego” jest bardzo ważne dla współczesnej nauki: jest ściśle powiązane z takim pojęciem jak nadprzewodnictwo, którego odkrycie wywołało prawdziwą sensację w drugiej połowie XX wieku.

Aby zrozumieć, czym jest zero absolutne, warto sięgnąć do prac takich znanych fizyków, jak G. Fahrenheit, A. Celsjusza, J. Gay-Lussac i W. Thomson. Odegrali kluczową rolę w stworzeniu głównych skal temperatury, które są nadal używane.

Pierwszym, który zaproponował swoją skalę temperatur, był niemiecki fizyk G. Fahrenheit w 1714 roku. Jednocześnie temperaturę mieszaniny zawierającej śnieg i amoniak przyjęto jako zero absolutne, czyli najniższy punkt tej skali. Kolejnym ważnym wskaźnikiem był współczynnik równy 1000. W związku z tym każdy podział tej skali nazwano „stopniem Fahrenheita”, a samą skalę nazwano „skalą Fahrenheita”.

30 lat później szwedzki astronom A. Celsjusza zaproponował własną skalę temperatur, w której głównymi punktami była temperatura topnienia lodu i wody. Skalę tę nazwano „skalą Celsjusza”; nadal jest ona popularna w większości krajów świata, w tym w Rosji.

W 1802 roku, przeprowadzając swoje słynne eksperymenty, francuski naukowiec J. Gay-Lussac odkrył, że objętość gazu pod stałym ciśnieniem zależy bezpośrednio od temperatury. Ale najciekawsze było to, że gdy temperatura zmieniła się o 10 stopni Celsjusza, objętość gazu wzrosła lub zmniejszyła się o tę samą ilość. Po dokonaniu niezbędnych obliczeń Gay-Lussac stwierdził, że wartość ta jest równa 1/273 objętości gazu w temperaturze 0°C.

Prawo to doprowadziło do oczywistego wniosku: temperatura równa -2730C to najniższa temperatura, nawet jeśli się do niej zbliżysz, nie da się jej osiągnąć. Tę temperaturę nazywa się „temperaturą zera absolutnego”.

Co więcej, zero absolutne stało się punktem wyjścia do stworzenia absolutnej skali temperatury, w której aktywny udział wziął angielski fizyk W. Thomson, znany również jako Lord Kelvin.

Jego główne badania dotyczyły udowodnienia, że ​​żadnego ciała w przyrodzie nie można schłodzić poniżej zera absolutnego. Jednocześnie aktywnie korzystał z drugiej, dlatego wprowadzoną przez niego w 1848 r. bezwzględną skalę temperatury zaczęto nazywać termodynamiczną lub „skalą Kelvina”.

W kolejnych latach i dziesięcioleciach doszło jedynie do numerycznego wyjaśnienia pojęcia „zera absolutnego”, które po licznych porozumieniach zaczęto uważać za równe -273,150C.

Warto też zaznaczyć, że bardzo ważną rolę odgrywa zero absolutne. Cała rzecz w tym, że w roku 1960 na kolejnej Generalnej Konferencji Miar i Wag jednostka temperatury termodynamicznej – kelwin – stała się jedną z sześciu podstawowych jednostek miary . Jednocześnie specjalnie zastrzeżono, że jeden stopień Kelvina jest liczbowo równy jeden, ale za punkt odniesienia „według Kelvina” zwykle uważa się zero absolutne, czyli -273,150C.

Główne fizyczne znaczenie zera absolutnego polega na tym, że zgodnie z podstawowymi prawami fizyki, w takiej temperaturze energia ruchu cząstek elementarnych, takich jak atomy i cząsteczki, wynosi zero i w tym przypadku każdy chaotyczny ruch tych samych cząstek powinien przerwać. W temperaturze równej zeru absolutnemu atomy i cząsteczki muszą zająć wyraźną pozycję w głównych punktach sieci krystalicznej, tworząc uporządkowany układ.

Obecnie, korzystając ze specjalnego sprzętu, naukowcom udało się uzyskać temperatury o zaledwie kilka części na milion powyżej zera absolutnego. Osiągnięcie tej wartości jest fizycznie niemożliwe ze względu na opisaną powyżej drugą zasadę termodynamiki.