Hiç fiziksel beden, evrendeki tüm nesneler dahil olmak üzere, minimum sıcaklık indeksine veya limitine sahiptir. Herhangi bir sıcaklık ölçeğinin başlangıç ​​noktası için, değeri dikkate almak gelenekseldir. tamamen sıfır sıcaklıklar. Ama bu sadece teoride. Bu sırada enerjilerini açığa çıkaran atom ve moleküllerin kaotik hareketi pratikte henüz durdurulmamıştır.

Mutlak sıfır sıcaklıklarına ulaşılamamasının ana nedeni budur. Bu sürecin sonuçları hakkında hala anlaşmazlıklar var. Termodinamik açısından bakıldığında, atomların ve moleküllerin termal hareketi tamamen durduğu ve bir kristal kafes oluştuğu için bu sınıra ulaşılamaz.

Temsilciler kuantum fiziği minimum sıfır dalgalanmaların mutlak sıfır sıcaklıklarında varlığını sağlar.

Mutlak sıfır sıcaklığının değeri nedir ve neden ulaşılamıyor?

Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı'nda ilk kez bir referans veya referans noktası oluşturuldu. ölçü aletleri, sıcaklık göstergelerini belirleyen.

Şu anda, Uluslararası Birimler Sisteminde, Celsius ölçeği için referans noktası donma sırasında 0 ° C ve kaynama işlemi sırasında 100 ° C'dir, mutlak sıfır sıcaklıklarının değeri −273.15 ° C'ye eşittir.

Aynı şey için Kelvin ölçeğindeki sıcaklık değerlerini kullanma Uluslararası sistem Birim, kaynar su 99.975 °C'lik bir referans değerinde oluşacaktır, mutlak sıfır 0'a eşittir. Fahrenheit ölçeğinde -459.67 dereceye karşılık gelir.

Ancak, bu veriler elde edilirse, pratikte neden mutlak sıfır sıcaklıklara ulaşmak imkansızdır. Karşılaştırma için, 1.079.252.848,8 km/sa sabit fiziksel değere eşit olan, herkesin bildiği ışık hızını alabiliriz.

Ancak uygulamada bu değere ulaşılamamaktadır. Hem iletim dalga boyuna hem de koşullara ve parçacıklar tarafından büyük miktarda enerjinin gerekli absorpsiyonuna bağlıdır. Mutlak sıfır sıcaklıklarının değerini elde etmek için, büyük bir enerji dönüşü ve atomlara ve moleküllere girmesini önleyecek kaynaklarının olmaması gerekir.

Ancak tam vakum koşullarında bile, bilim adamları tarafından ne ışık hızı ne de mutlak sıfır sıcaklık elde edildi.

Yaklaşık sıfır sıcaklıklara ulaşmak neden mümkün ama mutlak değil?

Bilim, son derece düşük mutlak sıfır sıcaklığına ulaşmaya yaklaştığında ne olacak, şimdiye kadar sadece termodinamik ve kuantum fiziği teorisinde kalır. Mutlak sıfır sıcaklıklarına pratikte ulaşılamamasının nedeni nedir?

Maksimum enerji kaybı nedeniyle maddeyi en alt sınıra soğutmaya yönelik bilinen tüm girişimler, maddenin ısı kapasitesi değerinin de minimum bir değere ulaşmasına yol açmıştır. Moleküller, enerjinin geri kalanını veremedi. Sonuç olarak, soğutma işlemi mutlak sıfıra ulaşmadan durduruldu.

Bilim adamları, mutlak sıfır sıcaklık değerine yakın koşullarda metallerin davranışını incelerken, sıcaklıktaki maksimum düşüşün bir direnç kaybına neden olması gerektiğini bulmuşlardır.

Ancak atomların ve moleküllerin hareketinin durması, yalnızca geçen elektronların enerjilerinin bir kısmını hareketsiz atomlara aktardığı bir kristal kafes oluşumuna yol açtı. Yine mutlak sıfıra ulaşamadı.

2003 yılında, mutlak sıfırdan 1°C'nin sadece yarım milyarda biri eksikti. NASA araştırmacıları, her zaman bir manyetik alan içinde olan ve enerjisini yayan deneyler yapmak için Na molekülünü kullandılar.

En yakın olanı, 2014 yılında 0,0025 Kelvin'lik bir gösterge elde eden Yale Üniversitesi'nden bilim adamlarının başarısıydı. Elde edilen bileşik stronsiyum monoflorür (SrF) sadece 2.5 saniye boyunca mevcuttu. Ve sonunda, yine de atomlara ayrıldı.

Mutlak sıfır sıcaklık

Mutlak sıfır sıcaklık(daha az sıklıkta mutlak sıfır sıcaklık) Evrendeki bir fiziksel cismin sahip olabileceği minimum sıcaklık sınırıdır. Mutlak sıfır, Kelvin ölçeği gibi bir mutlak sıcaklık ölçeği için başlangıç ​​noktası görevi görür. 1954'te, X Genel Ağırlıklar ve Ölçüler Konferansı, bir referans noktası olan bir termodinamik sıcaklık ölçeği oluşturdu - sıcaklığı 273,16 K (tam olarak) alınan suyun üçlü noktası, bu da 0,01 ° C'ye karşılık gelir, böylece Celsius ölçeğinde mutlak sıfır, -273,15 °C sıcaklığa karşılık gelir.

Mutlak sıfıra yakın gözlemlenen fenomenler

Mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda, makroskopik düzeyde saf kuantum etkileri gözlemlenebilir, örneğin:

Notlar

Edebiyat

• G. Burmin. Mutlak sıfır fırtınası. - M.: "Çocuk edebiyatı", 1983

Ayrıca bakınız

Wikimedia Vakfı. 2010 .

• Gören
• Kshapanaka

Diğer sözlüklerde "Mutlak Sıfır Sıcaklık" ın ne olduğunu görün:

MUTLAK SIFIR SICAKLIK- termodinamik referans noktası. sıcaklık ry; sıcaklığın 273.16 K altında bulunur üçlü nokta(0.01 °C) su (273, Santigrat ölçeğinde sıfır sıcaklığın 15 °C altında, (bkz. SICAKLIK ÖLÇÜSÜ) Termodinamik bir sıcaklık ölçeğinin varlığı ve A. n.t. ... ... Fiziksel Ansiklopedi

mutlak sıfır sıcaklık- termodinamik sıcaklık ölçeğinde mutlak sıcaklık okumasının başlangıcı. Mutlak sıfır, suyun 0.01ºC olduğu varsayılan üçlü nokta sıcaklığının 273.16ºC altındadır. Mutlak sıfır sıcaklığı temelde ulaşılamaz ... ... ansiklopedik sözlük

mutlak sıfır sıcaklık- mutlak geçerlilik durumu, T sritis Energetika apibrėžtis Termodinaminės temperatūros atskaitos pradžia, esanti 273.16 K žemiau trigubojo vandens taško. Pagal trečiąjį termodinamikos dėsnį, absoliutus nulis nepasiekiamas. atitikmenys: ingilizce.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Mutlak sıfır sıcaklık- Kelvin ölçeğindeki, Celsius ölçeğindeki ilk okuma, 273.16 derecelik bir negatif sıcaklıktır ... Modern doğa biliminin başlangıçları

TAMAMEN SIFIR- termodinamik sıcaklık ölçeğine göre sıcaklık, sıcaklık referans noktası. Mutlak sıfır, suyun üçlü nokta sıcaklığının (0.01°C) 273.16°C altında bulunur. Mutlak sıfır temelde ulaşılamaz, sıcaklıklara pratik olarak ulaşıldı, ... ... Modern Ansiklopedi

TAMAMEN SIFIR- termodinamik sıcaklık ölçeğinde sıcaklık referans sıcaklığı. Mutlak sıfır, 0.01.C değeri kabul edilen suyun üçlü noktasının sıcaklığının 273.16.C altında bulunur. Mutlak sıfır temelde ulaşılamazdır (bkz. ... ... Büyük Ansiklopedik Sözlük

TAMAMEN SIFIR- ısının yokluğunu ifade eden sıcaklık 218 °C'dir. yabancı kelimeler Rus diline dahildir. Pavlenkov F., 1907. mutlak sıfır sıcaklık (fizik) – mümkün olan en düşük sıcaklık (273.15°C). Büyük Sözlük… … Rus dilinin yabancı kelimeler sözlüğü

TAMAMEN SIFIR- termodinamik sıcaklık ölçeğine göre sıcaklık, sıcaklık referans noktası (bkz. TERMODİNAMİK SICAKLIK ÖLÇÜ). Mutlak sıfır, suyun üçlü noktasının (bkz. ÜÇ NOKTA) sıcaklığının 273.16 ° C altında bulunur, bunun için ... ... ansiklopedik sözlük

TAMAMEN SIFIR- moleküllerin termal hareketinin durduğu en düşük sıcaklık. Boyle Mariotte yasasına göre ideal bir gazın basıncı ve hacmi sıfıra eşit olur ve Kelvin ölçeğinde mutlak sıcaklık için referans noktası alınır ... ... Ekolojik sözlük

TAMAMEN SIFIR- mutlak sıcaklık referans noktası. 273.16 ° C'ye karşılık gelir. Şu anda, fiziksel laboratuvarlarda, bir derecenin sadece birkaç milyonda biri kadar mutlak sıfırı aşan bir sıcaklık elde etmek mümkündü, ancak bunu elde etmek yasalara göre ... ... Collier Ansiklopedisi

Sıcaklığın ne kadar soğuk olabileceğini hiç düşündünüz mü? Mutlak sıfır nedir? İnsanlık bunu başarabilecek mi ve böyle bir keşiften sonra ne gibi fırsatlar açılacak? Bu ve benzeri sorular uzun zamandır birçok fizikçinin ve sadece meraklı insanların kafasını meşgul ediyor.

mutlak sıfır nedir

Çocukluğundan beri fiziği sevmesen bile, muhtemelen sıcaklık kavramını biliyorsundur. Moleküler kinetik teori sayesinde, artık onunla moleküllerin ve atomların hareketleri arasında belirli bir statik bağlantı olduğunu biliyoruz. daha fazla sıcaklık herhangi bir fiziksel cismin atomları o kadar hızlı hareket eder ve bunun tersi de geçerlidir. Soru ortaya çıkıyor: "Böyle bir alt sınır var mı? temel parçacıklar yerinde donmuş mu?" Bilim adamları bunun teorik olarak mümkün olduğuna inanıyor, termometre -273.15 santigrat derece civarında olacak. Bu değere mutlak sıfır denir. Başka bir deyişle, bu, bir fiziksel bedenin soğutulabileceği minimum olası sınırdır. Mutlak sıfırın referans noktası olduğu ve ölçeğin birim bölümünün bir dereceye eşit olduğu bir mutlak sıcaklık ölçeği (Kelvin ölçeği) bile vardır. Dünyanın dört bir yanındaki bilim adamları, bu değere ulaşmak için çalışmayı bırakmıyor, çünkü bu, insanlık için büyük umutlar vaat ediyor.

neden bu kadar önemli

Aşırı düşük ve aşırı yüksek sıcaklıklar, süperakışkanlık ve süperiletkenlik kavramıyla yakından ilişkilidir. Süperiletkenlerde elektrik direncinin ortadan kalkması, düşünülemez verimlilik değerlerine ulaşılmasını ve herhangi bir enerji kaybını ortadan kaldırmayı mümkün kılacaktır. "Mutlak sıfır" değerine özgürce ulaşılmasını sağlayacak bir yol bulunabilseydi, insanlığın birçok sorunu çözülürdü. Rayların üzerinde gezinen trenler, daha hafif ve daha küçük motorlar, transformatörler ve jeneratörler, yüksek hassasiyetli manyetoensefalografi, yüksek hassasiyetli saatler, süperiletkenliğin hayatımıza getirebileceklerinin sadece birkaç örneğidir.

En son bilimsel başarılar

Eylül 2003'te MIT ve NASA'dan araştırmacılar, sodyum gazını tüm zamanların en düşük seviyesine kadar soğutmayı başardılar. Deney sırasında, bitiş çizgisine bir derecenin sadece yarım milyarda biri kadar yakındılar (mutlak sıfır). Testler sırasında sodyum her zaman manyetik bir alan içindeydi ve bu da onu kabın duvarlarına değmesini engelliyordu. Sıcaklık bariyerini aşmak mümkün olsaydı, gazdaki moleküler hareket tamamen dururdu, çünkü böyle bir soğutma sodyumdan tüm enerjiyi çekerdi. Araştırmacılar, yazarının (Wolfgang Ketterle) 2001 yılında aldığı tekniği uyguladılar. Nobel Ödülü fizikte. Testlerdeki kilit noktalar şunlardı: gaz süreçleri Bose-Einstein yoğunlaşmaları. Bu arada, mutlak sıfırın yalnızca aşılmaz değil, aynı zamanda ulaşılamaz bir değer olduğu termodinamiğin üçüncü yasasını henüz kimse iptal etmedi. Ek olarak, Heisenberg belirsizlik ilkesi geçerlidir ve atomlar izlerinde duramazlar. Bu nedenle, bilim adamları ihmal edilebilecek kadar küçük bir mesafeden yaklaşabilmiş olsalar da, bilim için mutlak sıfır sıcaklık şu an için ulaşılamaz durumda.

İdeal bir gazın hacminin sıfır olduğu sınır sıcaklığı şu şekilde alınır: mutlak sıfır sıcaklık.

Celsius ölçeğinde mutlak sıfırın değerini bulalım.
Eşitleme Hacmi V formül (3.1)'de sıfıra ve bunu dikkate alarak

.

Bu nedenle mutlak sıfır sıcaklık

t= -273 °С. 2

Bu, Lomonosov'un varlığını öngördüğü “en büyük veya son derece soğuk” olan doğadaki sınırlayıcı, en düşük sıcaklıktır.

Dünyadaki en yüksek sıcaklıklar - yüz milyonlarca derece - termonükleer bombaların patlaması sırasında elde edildi. Hatta daha fazla yüksek sıcaklıklar bazı yıldızların iç bölgelerinin özelliği.

Mutlak sıfır için 2A daha doğru bir değer: -273.15°C.

Kelvin ölçeği

İngiliz bilim adamı W. Kelvin tanıttı mutlak ölçek sıcaklıklar. Kelvin ölçeğinde sıfır sıcaklık mutlak sıfıra karşılık gelir ve bu ölçekte sıcaklık birimi santigrat dereceye eşittir, yani mutlak sıcaklık T formülle Celsius ölçeğindeki sıcaklıkla ilgilidir

T = t + 273. (3.2)

Şek. 3.2, karşılaştırma için mutlak ölçeği ve Celsius ölçeğini gösterir.

Mutlak sıcaklığın SI birimine denir. Kelvin(K olarak kısaltılır). Bu nedenle, bir derece santigrat bir derece Kelvin'e eşittir:

Böylece, formül (3.2) ile verilen tanıma göre mutlak sıcaklık, Celsius sıcaklığına ve deneysel olarak belirlenen a değerine bağlı türev bir niceliktir.

Okuyucu: hangisi o zaman fiziksel anlam mutlak sıcaklık var mı?

(3.1) ifadesini formda yazıyoruz

.

Kelvin ölçeğindeki sıcaklığın, Santigrat ölçeğindeki sıcaklıkla orantılı olduğu göz önüne alındığında T = t + 273, alırız

nerede T 0 = 273 K veya

Bu bağıntı keyfi bir sıcaklık için geçerli olduğundan T, o zaman Gay-Lussac yasası aşağıdaki gibi formüle edilebilir:

p = const'ta belirli bir gaz kütlesi için, ilişki

Görev 3.1. bir sıcaklıkta T 1 = 300 K gaz hacmi V 1 = 5.0 l. Aynı basınç ve sıcaklıktaki gazın hacmini belirleyin T= 400 K

DUR! Kendiniz karar verin: A1, B6, C2.

Görev 3.2.İzobarik ısıtma ile hava hacmi %1 arttı. Mutlak sıcaklık yüzde kaç arttı?

= 0,01.

Cevap: 1 %.

Ortaya çıkan formülü hatırla

DUR! Kendiniz karar verin: A2, A3, B1, B5.

Charles'ın kanunu

Fransız bilim adamı Charles deneysel olarak, bir gazı hacmi sabit kalacak şekilde ısıtırsanız, gazın basıncının artacağını deneysel olarak buldu. Basıncın sıcaklığa bağımlılığı şu şekildedir:

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

nerede R(t) sıcaklıktaki basınçtır t°C; R 0 – 0 °С'de basınç; b, tüm gazlar için aynı olan basınç sıcaklık katsayısıdır: 1/K.

Okuyucu:Şaşırtıcı bir şekilde, b basıncının sıcaklık katsayısı, hacimsel genleşmenin a sıcaklık katsayısına tam olarak eşittir!

Hacmi belirli bir gaz kütlesi alalım V 0 sıcaklıkta T 0 ve basınç R 0 . İlk defa, gazın basıncını sabit tutarak, onu bir sıcaklığa ısıtıyoruz. T bir . O zaman gazın hacmi olacak V 1 = V 0 (1 + bir t) ve basınç R 0 .

İkinci kez, gazın hacmini sabit tutarak aynı sıcaklığa ısıtıyoruz. T bir . O zaman gazın basıncı olacak R 1 = R 0 (1 + b t) ve hacim V 0 .

Gaz sıcaklığı her iki durumda da aynı olduğundan Boyle-Mariotte yasası geçerlidir:

p 0 V 1 = p 1 V 0 Þ R 0 V 0 (1 + bir t) = R 0 (1 + b t)V 0 Þ

Þ 1 + bir t = 1+b tÞa = b.

Yani a = b, hayır gerçeğinde şaşırtıcı bir şey yok!

Charles yasasını formda yeniden yazalım

.

Verilen T = t°С + 273 °С, T 0 \u003d 273 ° С, alıyoruz

Hikaye

"Sıcaklık" kelimesi, insanların daha sıcak cisimlerin daha fazla miktarda özel madde içerdiğine inandığı bir zamanda ortaya çıktı - daha az ısıtılanlardan daha kalori. Bu nedenle sıcaklık, vücut maddesi ve kalori karışımının gücü olarak algılandı. Bu nedenle alkollü içeceklerin gücü ve sıcaklığı için ölçü birimlerine aynı derece denir.

Çünkü sıcaklık kinetik enerji moleküller, enerji birimlerinde (yani, joule cinsinden SI sisteminde) ölçmenin en doğal olduğu açıktır. Bununla birlikte, sıcaklık ölçümü moleküler kinetik teorinin yaratılmasından çok önce başladı, bu nedenle pratik ölçekler sıcaklığı geleneksel birimlerde - derecelerde ölçer.

Kelvin ölçeği

Termodinamikte, sıcaklığın mutlak sıfırdan (teorik olarak mümkün olan minimum değere karşılık gelen durum) ölçüldüğü Kelvin ölçeği kullanılır. içsel enerji cisim) ve bir kelvin, mutlak sıfırdan suyun üçlü noktasına (buz, su ve su buharının dengede olduğu durum) olan uzaklığın 1/273.16'sına eşittir. Kelvinleri enerji birimlerine dönüştürmek için Boltzmann sabiti kullanılır. Türetilmiş birimler de kullanılır: kilokelvin, megakelvin, millikelvin, vb.

Santigrat

Günlük hayatta, suyun donma noktasının 0, kaynama noktasının 100 ° olarak alındığı Celsius ölçeği kullanılır. atmosferik basınç. Suyun donma ve kaynama noktaları iyi tanımlanmadığından, Celsius ölçeği şu anda Kelvin ölçeğiyle tanımlanmaktadır: Celsius derecesi Kelvin'e eşittir, mutlak sıfır -273,15 °C olarak alınır. Santigrat ölçeği pratik olarak çok uygundur, çünkü su gezegenimizde çok yaygındır ve yaşamımız buna dayanmaktadır. Sıfır Santigrat, meteoroloji için özel bir noktadır, çünkü atmosferik suyun donması her şeyi önemli ölçüde değiştirir.

Fahrenhayt

İngiltere'de ve özellikle ABD'de Fahrenheit ölçeği kullanılmaktadır. Bu ölçekte, aralık, sıcaklığın 100 derecesine bölünür. soğuk kış Fahrenheit'in yaşadığı şehirde, bir sıcaklığa insan vücudu. Sıfır santigrat derece 32 derece Fahrenhayt ve bir derece Fahrenhayt 5/9 santigrat derecedir.

Fahrenheit ölçeğinin güncel tanımı şu şekildedir: 1 derece (1 °F), suyun kaynama noktası ile buzun atmosfer basıncında erimesi arasındaki farkın 1/180'ine eşit olan bir sıcaklık ölçeğidir, ve buzun erime noktası +32 °F'dir. Fahrenheit ölçeğindeki sıcaklık, Celsius ölçeğindeki (t ° C) sıcaklıkla t ° C \u003d 5/9 (t ° F - 32) oranıyla ilgilidir, yani 1 ° F'lik bir sıcaklık değişikliği karşılık gelir. 5/9 ° C'lik bir değişikliğe 1724'te G. Fahrenheit tarafından önerildi.

Reaumur ölçeği

1730'da icat ettiği alkol termometresini tanımlayan R. A. Reaumur tarafından önerildi.

Birim - Réaumur derecesi (°R), 1 °R, referans noktaları arasındaki sıcaklık aralığının 1/80'ine eşittir - eriyen buzun sıcaklığı (0 °R) ve kaynar su (80 °R)

1°R = 1,25°C.

Şu anda, ölçek kullanımdan kaldırıldı; en uzun süre Fransa'da, yazarın anavatanında korunmuştur.

Sıcaklık ölçeklerinin karşılaştırılması

¹ Normal insan vücut sıcaklığı 36.6°C ±0.7°C veya 98.2°F ±1.3°F'dir. Yaygın olarak verilen 98.6 °F değeri, 19. yüzyıl Alman değeri olan 37 °C'nin tam bir Fahrenheit dönüşümüdür. Bu değer modern kavramlara göre normal sıcaklık aralığına girmediği için aşırı (yanlış) doğruluk içerdiğini söyleyebiliriz. Bu tablodaki bazı değerler yuvarlanmıştır.

Fahrenheit ve Celsius ölçeklerinin karşılaştırılması

(nın-nin- Fahrenhayt ölçeği, o C- Santigrat ölçeği)

Santigrat derecesini kelvin'e dönüştürmek için formülü kullanın T=t+T0 burada T kelvin cinsinden sıcaklık, t Santigrat derece cinsinden sıcaklık, T 0 =273.15 kelvin. Celsius derecesi Kelvin'e eşittir.