Temperatura zero absolut. Temperatura zero absolut este punctul în care se oprește mișcarea moleculară.

Zero absolut (zero absolut) - începutul temperaturii absolute, începând de la 273,16 K sub punctul triplu al apei (punctul de echilibru a trei faze - gheață, apă și vapori de apă); La zero absolut, mișcarea moleculelor se oprește și ele sunt într-o stare de mișcare „zero”. Sau: temperatura cea mai scăzută la care o substanță nu conține energie termică.

Zero absolut start citirea temperaturii absolute. Corespunde la -273,16 °C. În prezent, în laboratoarele de fizică s-a putut obține o temperatură care depășește zero absolut cu doar câteva milionimi de grad, dar conform legilor termodinamicii, este imposibil de realizat. La zero absolut, sistemul ar fi într-o stare cu cea mai mică energie posibilă (în această stare, atomii și moleculele ar efectua vibrații „zero”) și ar avea entropie zero (zero tulburare). Volumul unui gaz ideal în punctul zero absolut trebuie să fie egal cu zero, iar pentru a determina acest punct, volumul de gaz heliu real este măsurat la secvenţial coborând temperatura până când se lichefiază la presiune scăzută (-268,9 ° C) și se extrapolează la temperatura la care volumul de gaz ar deveni zero în absența lichefierii. Temperatura absolută termodinamic scara se măsoară în kelvin, notat cu simbolul K. Absolut termodinamic scara și scara Celsius sunt pur și simplu compensate una de cealaltă și sunt legate prin raportul K = °C + 273,16 °.

Poveste

Cuvântul „temperatură” a apărut în acele zile când oamenii credeau că corpurile mai încălzite conțineau o cantitate mai mare de substanță specială - calorică - decât cele mai puțin încălzite. Prin urmare, temperatura a fost percepută ca puterea unui amestec de materie corporală și calorică. Din acest motiv, unitățile de măsură pentru tăria băuturilor alcoolice și temperatură se numesc aceleași - grade.

Deoarece temperatura este energia cinetică a moleculelor, este clar că este cel mai natural să o măsuram în unități de energie (adică în sistemul SI în jouli). Cu toate acestea, măsurarea temperaturii a început cu mult înainte de crearea teoriei cinetice moleculare, astfel încât scalele practice măsoară temperatura în unități convenționale - grade.

scara Kelvin

Termodinamica folosește scara Kelvin, în care temperatura este măsurată de la zero absolut (starea corespunzătoare energiei interne minime teoretic posibile a unui corp), iar un kelvin este egal cu 1/273,16 din distanța de la zero absolut la punctul triplu al apă (starea în care perechile de gheață, apă și apă sunt în echilibru). Constanta lui Boltzmann este folosită pentru a converti kelvinii în unități de energie. Se mai folosesc unități derivate: kilokelvin, megakelvin, millikelvin etc.

Celsius

În viața de zi cu zi se folosește scara Celsius, în care 0 este punctul de îngheț al apei, iar 100° este punctul de fierbere al apei la presiunea atmosferică. Deoarece punctele de îngheț și de fierbere ale apei nu sunt bine definite, scala Celsius este definită în prezent folosind scala Kelvin: un grad Celsius este egal cu un kelvin, zero absolut este considerat a fi -273,15 °C. Scara Celsius este practic foarte convenabilă deoarece apa este foarte comună pe planeta noastră și viața noastră se bazează pe ea. Zero Celsius este un punct special pentru meteorologie, deoarece înghețarea apei atmosferice schimbă totul în mod semnificativ.

Fahrenheit

In Anglia si mai ales in SUA se foloseste scara Fahrenheit. Această scară împarte intervalul de la temperatura celei mai reci ierni din orașul în care a trăit Fahrenheit la temperatura corpului uman în 100 de grade. Zero grade Celsius este 32 de grade Fahrenheit, iar un grad Fahrenheit este egal cu 5/9 grade Celsius.

Definiția actuală a scalei Fahrenheit este următoarea: este o scară de temperatură în care 1 grad (1 °F) este egal cu 1/180 din diferența dintre punctul de fierbere al apei și temperatura de topire a gheții la presiunea atmosferică și punctul de topire al gheții este de +32 °F. Temperatura de pe scara Fahrenheit este legată de temperatura de pe scara Celsius (t °C) prin raportul t °C = 5/9 (t °F - 32), 1 °F = 5/9 °C. Propus de G. Fahrenheit în 1724.

Scara Reaumur

Propus în 1730 de R. A. Reaumur, care a descris termometrul cu alcool pe care l-a inventat.

Unitatea este gradul Reaumur (°R), 1 °R este egal cu 1/80 din intervalul de temperatură dintre punctele de referință - temperatura de topire a gheții (0 °R) și punctul de fierbere al apei (80 °R)

1 °R = 1,25 °C.

În prezent, cântarul a căzut din uz; a supraviețuit cel mai mult în Franța, patria autorului.

Compararea scalelor de temperatură

Descriere	Kelvin	Celsius	Fahrenheit	Newton	Reaumur
Zero absolut		−273.15	−459.67	−90.14	−218.52
Temperatura de topire a unui amestec de Fahrenheit (sare și gheață în cantități egale)			0	−5.87
Punctul de îngheț al apei (condiții normale)		0	32	0
Temperatura medie a corpului uman¹		36.8	98.2	12.21
Punctul de fierbere al apei (condiții normale)		100	212	33
Temperatura suprafeței solare	5800	5526	9980	1823

Temperatura normală a corpului uman este de 36,6 °C ±0,7 °C sau 98,2 °F ±1,3 °F. Valoarea obișnuită de 98,6 °F este o conversie exactă în Fahrenheit a valorii germane din secolul al XIX-lea de 37 °C. Deoarece această valoare nu se află în intervalul de temperatură normală conform conceptelor moderne, putem spune că conține o acuratețe excesivă (incorectă). Unele valori din acest tabel au fost rotunjite.

Comparație între scalele Fahrenheit și Celsius

(de- scara Fahrenheit, oC- scara Celsius)

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

Pentru a converti grade Celsius în Kelvin, trebuie să utilizați formula T=t+T 0 unde T este temperatura în kelvin, t este temperatura în grade Celsius, T 0 =273,15 kelvin. Mărimea unui grad Celsius este egală cu un kelvin.

Temperaturi zero absolut

Temperatura zero absolut- aceasta este limita minima de temperatura pe care o poate avea un corp fizic. Zero absolut servește ca origine a unei scale de temperatură absolută, cum ar fi scara Kelvin. Pe scara Celsius, zero absolut corespunde unei temperaturi de -273,15 °C.

Se crede că zero absolut este de neatins în practică. Existența și poziția sa pe scara temperaturii rezultă din extrapolarea fenomenelor fizice observate, iar o astfel de extrapolare arată că la zero absolut energia mișcării termice a moleculelor și atomilor unei substanțe ar trebui să fie egală cu zero, adică mișcarea haotică a particulelor. se oprește și formează o structură ordonată, ocupând poziție clară în nodurile rețelei cristaline. Cu toate acestea, de fapt, chiar și la temperatura zero absolută, mișcările regulate ale particulelor care alcătuiesc materia vor rămâne. Oscilațiile rămase, cum ar fi oscilațiile în punctul zero, se datorează proprietăților cuantice ale particulelor și vidului fizic care le înconjoară.

În prezent, în laboratoarele de fizică s-au putut obține temperaturi care depășesc zero absolut cu doar câteva milionimi de grad; a-l realiza singur, conform legilor termodinamicii, este imposibil.

Note

Literatură

• G. Burmin. Asalt la zero absolut. - M.: „Literatura pentru copii”, 1983.

Vezi si

Fundația Wikimedia. 2010.

• Temperatura zero absolut
• Temperaturi zero absolut

Vedeți ce înseamnă „Temperatura zero absolut” în alte dicționare:

Temperaturi zero absolut- Temperatura zero absolut este limita minimă de temperatură pe care o poate avea un corp fizic. Zero absolut servește ca punct de plecare pentru o scară de temperatură absolută, cum ar fi scala Kelvin. Pe scara Celsius, zero absolut corespunde... ... Wikipedia

ZERO ABSOLUT- ZERO ABSOLUT, temperatura la care toate componentele sistemului au cea mai mică cantitate de energie permisă de legile MECANICII CANTICE; zero pe scara de temperatură Kelvin sau 273,15°C (459,67° Fahrenheit). La temperatura asta... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

Scala de temperatură absolută

Temperatura termodinamică absolută- Mișcarea termică haotică pe planul particulelor de gaz, cum ar fi atomii și moleculele Există două definiții ale temperaturii. Unul din punct de vedere cinetic molecular, celălalt din punct de vedere termodinamic. Temperatura (din latină temperatura propriu-zisă ... ... Wikipedia

Scala de temperatură absolută- Mișcarea termică haotică pe planul particulelor de gaz, cum ar fi atomii și moleculele Există două definiții ale temperaturii. Unul din punct de vedere cinetic molecular, celălalt din punct de vedere termodinamic. Temperatura (din latină temperatura propriu-zisă ... ... Wikipedia

Orice corp fizic, inclusiv toate obiectele din Univers, are o temperatură minimă sau o limită a acesteia. Punctul de pornire al oricărei scale de temperatură este considerat a fi valoarea temperaturii zero absolut. Dar asta este doar în teorie. Mișcarea haotică a atomilor și moleculelor, care renunță la energia lor în acest moment, nu a fost încă oprită în practică.

Acesta este motivul principal pentru care nu pot fi atinse temperaturile zero absolut. Există încă dezbateri despre consecințele acestui proces. Din punctul de vedere al termodinamicii, această limită este de neatins, deoarece mișcarea termică a atomilor și moleculelor se oprește complet și se formează o rețea cristalină.

Reprezentanții fizicii cuantice au în vedere prezența oscilațiilor minime zero la temperaturi zero absolut.

Care este valoarea temperaturii zero absolut și de ce nu poate fi atinsă

La Conferința Generală a Greutăților și Măsurilor a fost stabilit pentru prima dată un punct de referință sau de referință pentru instrumentele de măsură care determină indicatorii de temperatură.

În prezent, în Sistemul Internațional de Unități, punctul de referință pentru scara Celsius este 0°C pentru congelare și 100°C pentru fierbere, valoarea temperaturilor zero absolut este egală cu −273,15°C.

Folosind valorile temperaturii pe scara Kelvin conform aceluiași Sistem internațional de unități, fierberea apei va avea loc la valoarea de referință de 99,975 ° C, zero absolut este egal cu 0. Pe scara Fahrenheit indicatorul corespunde la -459,67 grade. .

Dar, dacă aceste date sunt obținute, de ce atunci este imposibil să se atingă temperaturile zero absolut în practică? Pentru comparație, putem lua binecunoscuta viteză a luminii, care este egală cu valoarea fizică constantă de 1.079.252.848,8 km/h.

Cu toate acestea, această valoare nu poate fi atinsă în practică. Depinde de lungimea de undă de transmisie, de condiții și de absorbția necesară a unei cantități mari de energie de către particule. Pentru a obține valoarea temperaturilor zero absolut, este necesară o producție mare de energie și absența surselor sale pentru a împiedica intrarea în atomi și molecule.

Dar chiar și în condiții de vid complet, oamenii de știință nu au putut obține nici viteza luminii, nici temperaturile zero absolut.

De ce este posibil să se ajungă la temperaturi aproximativ zero, dar nu zero absolut?

Ce se va întâmpla atunci când știința se va apropia de atingerea temperaturii extrem de scăzute a zero absolut rămâne doar în teoria termodinamicii și a fizicii cuantice. Care este motivul pentru care temperaturile zero absolut nu pot fi atinse în practică.

Toate încercările cunoscute de a răci o substanță la limita cea mai inferioară din cauza pierderii maxime de energie au dus la faptul că capacitatea termică a substanței a atins și o valoare minimă. Moleculele pur și simplu nu au mai putut să renunțe la energia rămasă. Ca urmare, procesul de răcire s-a oprit fără a ajunge la zero absolut.

Când au studiat comportamentul metalelor în condiții apropiate de temperaturile zero absolut, oamenii de știință au descoperit că o scădere maximă a temperaturii ar trebui să provoace o pierdere a rezistenței.

Dar încetarea mișcării atomilor și moleculelor a dus doar la formarea unei rețele cristaline, prin care electronii care trec au transferat o parte din energia lor atomilor staționari. Din nou, nu a fost posibil să se ajungă la zero absolut.

În 2003, temperatura era cu doar o jumătate de miliardime din 1°C mai mică decât zero absolut. Cercetătorii NASA au folosit o moleculă de Na pentru a efectua experimente, care a fost întotdeauna într-un câmp magnetic și a renunțat la energia sa.

Cea mai apropiată realizare a fost obținută de oamenii de știință de la Universitatea Yale, care în 2014 au atins o cifră de 0,0025 Kelvin. Compusul rezultat, monofluorura de stronțiu (SrF), a durat doar 2,5 secunde. Și până la urmă tot s-a dezintegrat în atomi.

> zero absolut

Aflați cu ce este egal temperatura zero absolutși valoarea entropiei. Aflați care este temperatura lui zero absolut pe scara Celsius și Kelvin.

Zero absolut– temperatura minima. Acesta este punctul în care entropia atinge cea mai mică valoare.

Obiectiv de învățare

• Înțelegeți de ce zeroul absolut este un indicator natural al punctului zero.

Punctele principale

• Zero absolut este universal, adică toată materia este în starea fundamentală la acest indicator.
• K are energie mecanică cuantică zero. Dar, în interpretare, energia cinetică poate fi zero, iar energia termică dispare.
• Cea mai scăzută temperatură în condiții de laborator a ajuns la 10-12 K. Temperatura minimă naturală a fost de 1 K (expansiunea gazelor în Nebuloasa Boomerang).

Termeni

• Entropia este o măsură a modului în care energia uniformă este distribuită într-un sistem.
• Termodinamica este o ramură a științei care studiază căldura și relația acesteia cu energia și munca.

Zero absolut este temperatura minimă la care entropia atinge cea mai mică valoare. Adică acesta este cel mai mic indicator care poate fi observat în sistem. Acesta este un concept universal și acționează ca punct zero în sistemul de unități de temperatură.

Graficul presiunii în funcție de temperatură pentru diferite gaze cu volum constant. Rețineți că toate graficele extrapolează la presiune zero la o temperatură

Un sistem la zero absolut este încă dotat cu energie mecanică cuantică a punctului zero. Conform principiului incertitudinii, poziția particulelor nu poate fi determinată cu acuratețe absolută. Dacă o particulă este deplasată la zero absolut, aceasta are totuși o rezervă minimă de energie. Dar în termodinamica clasică, energia cinetică poate fi zero, iar energia termică dispare.

Punctul zero al unei scale termodinamice, cum ar fi Kelvin, este egal cu zero absolut. Acordul internațional a stabilit că temperatura zero absolut atinge 0K pe scara Kelvin și -273,15°C pe scara Celsius. Substanța prezintă efecte cuantice la temperaturi minime, cum ar fi supraconductivitate și superfluiditate. Temperatura cea mai scăzută în condiții de laborator a fost de 10-12 K, iar în mediul natural - 1 K (expansiunea rapidă a gazelor în Nebuloasa Boomerang).

Expansiunea rapidă a gazelor duce la temperatura minimă observată

Conceptul fizic de „temperatură zero absolut” este foarte important pentru știința modernă: este strâns legat de un astfel de concept precum supraconductivitatea, a cărui descoperire a creat o adevărată senzație în a doua jumătate a secolului al XX-lea.

Pentru a înțelege ce este zero absolut, ar trebui să apelați la lucrările unor fizicieni celebri precum G. Fahrenheit, A. Celsius, J. Gay-Lussac și W. Thomson. Ele au jucat un rol cheie în crearea principalelor scări de temperatură încă utilizate astăzi.

Primul care a propus scala sa de temperatură a fost fizicianul german G. Fahrenheit în 1714. În același timp, temperatura amestecului, care includea zăpadă și amoniac, a fost luată ca zero absolut, adică ca punct de jos al acestei scale. Următorul indicator important a fost cel care a devenit egal cu 1000. În consecință, fiecare diviziune a acestei scale a fost numită „grad Fahrenheit”, iar scara în sine a fost numită „scara Fahrenheit”.

30 de ani mai târziu, astronomul suedez A. Celsius și-a propus propria scară de temperatură, unde principalele puncte erau temperatura de topire a gheții și a apei. Această scară a fost numită „scara Celsius”; este încă populară în majoritatea țărilor lumii, inclusiv în Rusia.

În 1802, în timp ce conducea celebrele sale experimente, omul de știință francez J. Gay-Lussac a descoperit că volumul unui gaz la presiune constantă depinde direct de temperatură. Dar cel mai curios lucru a fost că atunci când temperatura s-a schimbat cu 10 Celsius, volumul de gaz a crescut sau a scăzut cu aceeași cantitate. Făcând calculele necesare, Gay-Lussac a constatat că această valoare era egală cu 1/273 din volumul gazului la o temperatură de 0C.

Această lege a condus la concluzia evidentă: o temperatură egală cu -2730C este cea mai scăzută temperatură, chiar dacă te apropii de ea, este imposibil să o atingi. Această temperatură este numită „temperatura zero absolut”.

Mai mult, zero absolut a devenit punctul de plecare pentru crearea scalei de temperatură absolută, la care a participat activ fizicianul englez W. Thomson, cunoscut și sub numele de Lord Kelvin.

Principala sa cercetare a vizat demonstrarea faptului că niciun corp din natură nu poate fi răcit sub zero absolut. În același timp, l-a folosit în mod activ pe al doilea; prin urmare, scala de temperatură absolută pe care a introdus-o în 1848 a început să fie numită termodinamică sau „scara Kelvin”.

În anii și deceniile următoare, a existat doar o clarificare numerică a conceptului de „zero absolut”, care, după numeroase acorduri, a început să fie considerat egal cu -273,150C.

De asemenea, este de remarcat faptul că zeroul absolut joacă un rol foarte important în Anul 1960, la următoarea Conferință Generală a Greutăților și Măsurilor, unitatea de temperatură termodinamică - kelvin - a devenit una dintre cele șase unități de măsură de bază. . În același timp, a fost stipulat în mod special că un grad Kelvin este numeric egal cu unu, dar punctul de referință „după Kelvin” este de obicei considerat zero absolut, adică -273,150C.

Sensul fizic principal al zero absolut este că, conform legilor fizice de bază, la o astfel de temperatură, energia de mișcare a particulelor elementare, cum ar fi atomii și moleculele, este zero și, în acest caz, orice mișcare haotică a acestor particule ar trebui să înceta. La o temperatură egală cu zero absolut, atomii și moleculele trebuie să ia o poziție clară în punctele principale ale rețelei cristaline, formând un sistem ordonat.

În zilele noastre, folosind echipamente speciale, oamenii de știință au reușit să obțină temperaturi care sunt doar câteva părți pe milion peste zero absolut. Este imposibil din punct de vedere fizic să se obțină această valoare în sine datorită celei de-a doua legi a termodinamicii descrisă mai sus.