Bilo koji fizičko tijelo, uključujući sve objekte u svemiru, ima minimalni temperaturni indeks ili svoju granicu. Za početnu tačku bilo koje temperaturne skale, uobičajeno je uzeti u obzir vrijednost apsolutna nula temperature. Ali to je samo u teoriji. Haotično kretanje atoma i molekula, koji u ovom trenutku daju energiju, još uvijek nije zaustavljeno u praksi.

To je glavni razlog zašto se apsolutna nula temperatura ne može postići. Još uvijek postoje kontroverze o posljedicama ovog procesa. Sa stajališta termodinamike, ova granica je nedostižna, jer se termičko kretanje atoma i molekula potpuno zaustavlja i formira se kristalna rešetka.

Predstavnici kvantna fizika obezbijediti prisustvo minimalnih nultih fluktuacija na temperaturama apsolutne nule.

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

Na Generalnoj konferenciji o utezima i mjerama, po prvi put je uspostavljena referentna ili referentna tačka za merni instrumenti, koji određuju indikatore temperature.

Trenutno, u Međunarodnom sistemu jedinica, referentna tačka za Celzijusovu skalu je 0°C pri smrzavanju i 100°C tokom procesa ključanja, apsolutna nulta vrednost temperature je jednaka -273,15°C.

Korištenje temperaturnih vrijednosti na Kelvinovoj skali za isto Međunarodni sistem jedinica, ključanje vode će se pojaviti na referentnoj vrijednosti od 99,975 °C, apsolutna nula je jednaka 0. Farenhajt na skali odgovara -459,67 stepeni.

Ali, ako se ovi podaci dobiju, zašto je onda nemoguće postići apsolutnu nultu temperaturu u praksi. Za poređenje, možemo uzeti svima poznatu brzinu svjetlosti, koja je jednaka konstantnoj fizičkoj vrijednosti od 1.079.252.848,8 km/h.

Međutim, ova vrijednost se ne može postići u praksi. To zavisi i od talasne dužine transmisije, i od uslova, i od neophodne apsorpcije velike količine energije od strane čestica. Da bi se dobila vrijednost apsolutne nulte temperature, potreban je veliki povrat energije i odsustvo njenih izvora koji bi spriječili ulazak u atome i molekule.

Ali čak i u uslovima potpunog vakuuma, naučnici nisu dobili ni brzinu svetlosti ni apsolutnu nulu temperature.

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

Šta će se dogoditi kada se nauka približi postizanju najnižeg temperaturnog indeksa apsolutne nule, zasad ostaje samo u teoriji termodinamike i kvantne fizike. Koji je razlog zašto je u praksi nemoguće postići apsolutnu nulu.

Svi poznati pokušaji da se supstanca ohladi do najniže granice zbog maksimalnog gubitka energije doveli su do toga da je i vrednost toplotnog kapaciteta supstance dostigla minimalnu vrednost. Molekuli jednostavno nisu bili u stanju da daju ostatak energije. Kao rezultat toga, proces hlađenja je zaustavljen prije nego što je dostigao apsolutnu nulu.

Proučavajući ponašanje metala u uvjetima blizu vrijednosti apsolutne nulte temperature, naučnici su otkrili da bi maksimalno smanjenje temperature trebalo izazvati gubitak otpora.

Ali prestanak kretanja atoma i molekula doveo je samo do formiranja kristalne rešetke kroz koju su elektroni koji prolaze prenosili dio svoje energije na nepokretne atome. Ponovo nije uspeo da dostigne apsolutnu nulu.

Godine 2003. od apsolutne nule nedostajalo je samo pola milijarde od 1°C. NASA-ini istraživači su koristili molekul Na za izvođenje eksperimenata, koji je uvijek bio u magnetnom polju i odavao svoju energiju.

Najbliže je bilo dostignuće naučnika sa Univerziteta Jejl, koji su 2014. godine postigli pokazatelj od 0,0025 Kelvina. Rezultirajuće jedinjenje stroncijum monofluorid (SrF) postojalo je samo 2,5 sekunde. I na kraju se ipak raspao na atome.

Apsolutna nulta temperatura

Apsolutna nulta temperatura(manje često apsolutna nula temperatura) je minimalna temperaturna granica koju fizičko tijelo u Univerzumu može imati. Apsolutna nula služi kao početna tačka za apsolutnu temperaturnu skalu, kao što je Kelvinova skala. 1954. godine X Generalna konferencija za utege i mjere uspostavila je termodinamičku temperaturnu skalu s jednom referentnom tačkom - trostrukom tačkom vode, čija se temperatura uzima kao 273,16 K (tačno), što odgovara 0,01 °C, tako da na Celzijusovoj skali apsolutna nula odgovara temperaturi -273,15°C.

Fenomeni uočeni blizu apsolutne nule

Na temperaturama blizu apsolutne nule, čisto kvantni efekti se mogu posmatrati na makroskopskom nivou, kao što su:

Bilješke

Književnost

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

vidi takođe

Wikimedia fondacija. 2010 .

• Goering
• Kshapanaka

Pogledajte šta je "Apsolutna nulta temperatura" u drugim rječnicima:

APSOLUTNA NULA TEMPERATURA- termodinamička referentna tačka. temp ry; nalazi 273,16 K ispod temperature trostruki poen(0,01 °C) voda (273, 15 °C ispod nule temperature na Celzijusovoj skali, (vidi TEMPERATURNU SKALU). Postojanje termodinamičke temperaturne skale i A. n. t. ... ... Physical Encyclopedia

apsolutna nula temperatura- početak očitavanja apsolutne temperature na termodinamičkoj temperaturnoj skali. Apsolutna nula je 273,16ºC ispod temperature trostruke tačke vode, za koju se pretpostavlja da je 0,01ºC. Apsolutna nulta temperatura je u osnovi nedostižna ... ... enciklopedijski rječnik

apsolutna nula temperatura- 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

Apsolutna nulta temperatura- početno očitanje na Kelvinovoj skali, na Celzijusovoj skali, je negativna temperatura od 273,16 stepeni... Počeci moderne prirodne nauke

APSOLUTNA NULA- temperatura, referentna tačka temperature prema termodinamičkoj temperaturnoj skali. Apsolutna nula nalazi se 273,16°C ispod temperature trostruke tačke vode (0,01°C). Apsolutna nula je suštinski nedostižna, temperature su praktično dostignute, ... ... Moderna enciklopedija

APSOLUTNA NULA- referentna temperatura na termodinamičkoj temperaturnoj skali. Apsolutna nula nalazi se 273.16.C ispod temperature trostruke tačke vode, za koju je prihvaćena vrijednost od 0.01.C. Apsolutna nula je u osnovi nedostižna (vidi ... ... Veliki enciklopedijski rječnik

APSOLUTNA NULA- temperatura, koja izražava odsustvo toplote, je 218 °C. Rečnik strane reči uključeno u ruski jezik. Pavlenkov F., 1907. temperatura apsolutne nule (fiz.) – najniža moguća temperatura (273,15°C). Big Dictionary… … Rečnik stranih reči ruskog jezika

APSOLUTNA NULA- temperatura, referentna tačka temperature prema termodinamičkoj temperaturnoj skali (vidi SKALU TERMODINAMIČKE TEMPERATURE). Apsolutna nula nalazi se 273,16 °C ispod temperature trostruke tačke (vidi TROJNA TAČKA) vode, za koju ... ... enciklopedijski rječnik

APSOLUTNA NULA- najniža temperatura na kojoj prestaje termičko kretanje molekula. Pritisak i zapremina idealnog gasa, prema Boyle Mariotteovom zakonu, postaju jednaki nuli, a referentna tačka za apsolutnu temperaturu na Kelvinskoj skali se uzima ... ... Ekološki rječnik

APSOLUTNA NULA- referentna tačka apsolutne temperature. Odgovara 273,16 °C. Trenutno, u fizičkim laboratorijama, bilo je moguće dobiti temperaturu koja prelazi apsolutnu nulu za samo nekoliko milionitih delova stepena, ali da se to postigne, prema zakonima ... ... Collier Encyclopedia

Da li ste ikada razmišljali o tome koliko temperatura može biti niska? Šta je apsolutna nula? Hoće li čovječanstvo to ikada uspjeti postići i koje mogućnosti će se otvoriti nakon takvog otkrića? Ova i druga slična pitanja dugo su zaokupljala umove mnogih fizičara i jednostavno radoznalaca.

Šta je apsolutna nula

Čak i ako niste voljeli fiziku od djetinjstva, vjerovatno znate pojam temperature. Zahvaljujući teoriji molekularne kinetike, sada znamo da postoji određena statička veza između nje i kretanja molekula i atoma: više temperature bilo kojeg fizičkog tijela, brže se kreću njegovi atomi, i obrnuto. Postavlja se pitanje: „Postoji li takva donja granica na kojoj elementarne čestice smrznuto na mjestu?" Naučnici smatraju da je to teoretski moguće, termometar će biti na oko -273,15 stepeni Celzijusa. Ova vrijednost se naziva apsolutna nula. Drugim riječima, ovo je minimalna moguća granica do koje se fizičko tijelo može ohladiti. Postoji čak i apsolutna temperaturna skala (Kelvinova skala), u kojoj je apsolutna nula referentna tačka, a jedinična podjela skale jednaka je jednom stepenu. Naučnici širom svijeta ne prestaju raditi na postizanju ove vrijednosti, jer ovo obećava velike izglede za čovječanstvo.

Zašto je to toliko važno

Ekstremno niske i ekstremno visoke temperature usko su povezane sa konceptom superfluidnosti i supravodljivosti. Nestanak električnog otpora u supravodičima omogućit će postizanje nezamislivih vrijednosti efikasnosti i eliminaciju gubitaka energije. Kada bi bilo moguće pronaći način koji bi omogućio da se slobodno dostigne vrijednost "apsolutne nule", mnogi problemi čovječanstva bili bi riješeni. Vlakovi koji lebde iznad pruga, lakši i manji motori, transformatori i generatori, magnetoencefalografija visoke preciznosti, visokoprecizni satovi samo su neki primjeri onoga što supravodljivost može donijeti u naše živote.

Najnovija naučna dostignuća

U septembru 2003., istraživači sa MIT-a i NASA-e uspjeli su ohladiti plin natrijum na najniži nivo svih vremena. Tokom eksperimenta, nedostajala im je samo pola milijarde stepena od ciljne linije (apsolutna nula). Tokom testova, natrijum je uvek bio u magnetnom polju, koje ga je sprečavalo da dodirne zidove posude. Kada bi bilo moguće savladati temperaturnu barijeru, molekularno kretanje u plinu bi potpuno prestalo, jer bi takvo hlađenje izvuklo svu energiju iz natrijuma. Istraživači su primenili tehniku, čiji je autor (Wolfgang Ketterle) dobio 2001. nobelova nagrada u fizici. Ključne tačke u testovima su bile gasni procesi Bose-Einstein kondenzacije. U međuvremenu, još niko nije poništio treći zakon termodinamike, prema kojem apsolutna nula nije samo nepremostiva, već i nedostižna vrijednost. Osim toga, primjenjuje se Heisenbergov princip nesigurnosti, a atomi jednostavno ne mogu stati mrtvi na svom putu. Dakle, apsolutna nula temperature za sada ostaje nedostižna za nauku, iako su joj se naučnici mogli približiti na zanemarljivo maloj udaljenosti.

Granična temperatura pri kojoj zapremina idealnog gasa postaje nula uzima se kao apsolutna nula temperatura.

Nađimo vrijednost apsolutne nule na Celzijusovoj skali.
Izjednačavanje zapremine V u formuli (3.1) na nulu i uzimajući to u obzir

.

Stoga je apsolutna nula temperatura

t= -273 °S. 2

To je granična, najniža temperatura u prirodi, taj „najveći ili poslednji stepen hladnoće“, čije je postojanje predvideo Lomonosov.

Najviše temperature na Zemlji - stotine miliona stepeni - postignute su tokom eksplozija termonuklearnih bombi. Čak više visoke temperature karakterističan za unutrašnje oblasti nekih zvezda.

2A preciznija vrijednost za apsolutnu nulu: -273,15°C.

Kelvinova skala

Uveo je engleski naučnik W. Kelvin apsolutnu skalu temperature. Nulta temperatura na Kelvinovoj skali odgovara apsolutnoj nuli, a jedinica temperature na ovoj skali jednaka je stepenima Celzijusa, tako da je apsolutna temperatura T se formulom odnosi na temperaturu na Celzijusovoj skali

T = t + 273. (3.2)

Na sl. 3.2 za poređenje su prikazani apsolutnu skalu i Celzijusovu skalu.

SI jedinica apsolutne temperature naziva se kelvin(skraćeno kao K). Dakle, jedan stepen Celzijusa jednak je jednom stepenu Kelvina:

Dakle, apsolutna temperatura, prema definiciji datoj formulom (3.2), je derivirana veličina koja zavisi od temperature Celzijusa i od eksperimentalno utvrđene vrijednosti a.

Čitalac: Koji onda fizičko značenje ima apsolutnu temperaturu?

Zapisujemo izraz (3.1) u obliku

.

S obzirom da je temperatura na Kelvinovoj skali povezana sa temperaturom na Celzijusovoj skali omjerom T = t + 273, dobijamo

gdje T 0 = 273 K, ili

Pošto ova relacija vrijedi za proizvoljnu temperaturu T, tada se Gay-Lussacov zakon može formulirati na sljedeći način:

Za datu masu gasa pri p = const, relacija

Zadatak 3.1. Na temperaturi T 1 = zapremina gasa 300 K V 1 = 5,0 l. Odredite zapreminu gasa pri istom pritisku i temperaturi T= 400 K.

STOP! Odlučite sami: A1, B6, C2.

Zadatak 3.2. Sa izobaričnim zagrijavanjem, volumen zraka se povećao za 1%. Za koji procenat se apsolutna temperatura povećala?

= 0,01.

Odgovori: 1 %.

Zapamtite rezultirajuću formulu

STOP! Odlučite sami: A2, A3, B1, B5.

Charlesov zakon

Francuski naučnik Čarls eksperimentalno je otkrio da ako zagrejete gas tako da njegova zapremina ostane konstantna, tada će se pritisak gasa povećati. Zavisnost pritiska od temperature ima oblik:

R(t) = str 0 (1 + b t), (3.6)

gdje R(t) je pritisak na temperaturi t°C; R 0 – pritisak na 0 °C; b je temperaturni koeficijent pritiska, koji je isti za sve gasove: 1/K.

Čitalac: Iznenađujuće, temperaturni koeficijent pritiska b je tačno jednak temperaturnom koeficijentu zapreminskog širenja a!

Uzmimo određenu masu gasa sa zapreminom V 0 na temperaturi T 0 i pritisak R 0 . Po prvi put, održavajući pritisak plina konstantnim, zagrijavamo ga na temperaturu T jedan . Tada će gas imati zapreminu V 1 = V 0 (1 + a t) i pritisak R 0 .

Drugi put, održavajući volumen plina konstantnim, zagrijavamo ga na istu temperaturu T jedan . Tada će plin imati pritisak R 1 = R 0 (1 + b t) i jačinu zvuka V 0 .

Pošto je temperatura gasa ista u oba slučaja, važi Boyle-Mariotteov zakon:

str 0 V 1 = str 1 V 0 Þ R 0 V 0 (1 + a t) = R 0 (1 + b t)V 0 Þ

Þ 1 + a t = 1+b tÞ a = b.

Dakle, nema ništa iznenađujuće u činjenici da je a = b, ne!

Prepišimo Charlesov zakon u obliku

.

S obzirom na to T = t°S + 273 °S, T 0 \u003d 273 ° C, dobijamo

Priča

Riječ "temperatura" nastala je u vrijeme kada su ljudi vjerovali da toplija tijela sadrže veću količinu posebne tvari - kalorične od manje zagrijanih. Stoga se temperatura doživljavala kao jačina mješavine tjelesne tvari i kalorija. Zbog toga se mjerne jedinice za jačinu alkoholnih pića i temperaturu nazivaju isto - stepeni.

Jer je temperatura kinetička energija molekula, jasno je da je najprirodnije mjeriti u energetskim jedinicama (tj. u SI sistemu u džulima). Međutim, mjerenje temperature počelo je mnogo prije stvaranja molekularne kinetičke teorije, pa praktične vage mjere temperaturu u konvencionalnim jedinicama - stepenima.

Kelvinova skala

U termodinamici se koristi Kelvinova skala u kojoj se temperatura mjeri od apsolutne nule (stanja koje odgovara najmanjem teoretski mogućem unutrašnja energija tijelo), a jedan kelvin je jednak 1/273,16 udaljenosti od apsolutne nule do trostruke tačke vode (stanje u kojem su led, voda i vodena para u ravnoteži). Boltzmannova konstanta se koristi za pretvaranje kelvina u energetske jedinice. Koriste se i izvedene jedinice: kilokelvin, megakelvin, milikelvin itd.

Celzijus

U svakodnevnom životu koristi se Celzijeva skala u kojoj se tačka smrzavanja vode uzima kao 0, a tačka ključanja vode kao 100 °. atmosferski pritisak. Pošto tačke smrzavanja i ključanja vode nisu dobro definisane, Celzijusova skala je trenutno definisana u smislu Kelvinove skale: stepeni Celzijusa su jednaki Kelvinu, apsolutna nula se uzima kao -273,15 °C. Celzijusova skala je praktično vrlo zgodna, jer je voda vrlo česta na našoj planeti i na njoj se zasniva naš život. Nula Celzijusa je posebna tačka za meteorologiju, jer smrzavanje atmosferske vode bitno sve mijenja.

Fahrenheit

U Engleskoj, a posebno u SAD, koristi se Farenhajtova skala. U ovoj skali, interval je podijeljen sa 100 stepeni od temperature hladna zima u gradu u kojem je Farenhajt živio, do temperature ljudsko tijelo. Nula stepeni Celzijusa je 32 stepena Farenhajta, a stepen celzijusa je 5/9 stepeni Celzijusa.

Trenutna definicija Farenhajtove skale je sljedeća: to je temperaturna skala, čiji je 1 stepen (1 °F) jednak 1/180 razlike između tačke ključanja vode i topljenja leda pri atmosferskom pritisku, a tačka topljenja leda je +32 °F. Temperatura na Farenhajtovoj skali povezana je s temperaturom na Celzijusovoj skali (t ° C) omjerom t ° C \u003d 5/9 (t ° F - 32), odnosno odgovara promjena temperature od 1 ° F do promjene od 5/9°C. Predložio G. Fahrenheit 1724. godine.

Reaumur skala

Predložio ga je 1730. R. A. Reaumur, koji je opisao alkoholni termometar koji je izumio.

Jedinica - stepen Réaumur (°R), 1 °R je jednako 1/80 temperaturnog intervala između referentnih tačaka - temperature topljenja leda (0 °R) i kipuće vode (80 °R)

1°R = 1,25°C.

Trenutno je vaga neupotrebljiva, najduže se očuvala u Francuskoj, u domovini autora.

Poređenje temperaturnih skala

¹ Normalna temperatura ljudskog tela je 36,6°C ±0,7°C, ili 98,2°F ±1,3°F. Uobičajena vrijednost od 98,6 °F je tačna konverzija Fahrenheita njemačke vrijednosti od 37 °C iz 19. stoljeća. Kako ova vrijednost ne spada u raspon normalne temperature prema savremenim konceptima, može se reći da sadrži preveliku (netačnu) tačnost. Neke vrijednosti u ovoj tabeli su zaokružene.

Poređenje Farenhajtovih i Celzijusovih skala

(oF- Farenhajtova skala, o C- Celzijeva skala)

Da biste stepene Celzijusa pretvorili u kelvine, koristite formulu T=t+T0 gdje je T temperatura u kelvinima, t je temperatura u stepenima Celzijusa, T 0 =273,15 kelvina. Stepen Celzijusa jednak je po veličini Kelvinu.