Температура под 0 Келвина. Абсолютна нула

> Абсолютна нула

Научете на какво е равно абсолютна нулева температураи стойността на ентропията. Разберете каква е температурата на абсолютната нула по скалите на Целзий и Келвин.

Абсолютна нула– минимална температура. Това е точката, в която ентропията достига най-ниската си стойност.

Учебна цел

  • Разберете защо абсолютната нула е естествен индикатор за нулевата точка.

Главни точки

  • Абсолютната нула е универсална, тоест цялата материя е в основно състояние при този индикатор.
  • K има квантовомеханична нулева енергия. Но при тълкуване кинетичната енергия може да бъде нула и топлинната енергия изчезва.
  • Максимум ниска температурав лабораторни условия достига 10-12 К. Минималната естествена е 1 К (разширение на газовете в мъглявината Бумеранг).

Условия

  • Ентропията е мярка за това как равномерно е разпределена енергията в дадена система.
  • Термодинамиката е клон на науката, който изучава топлината и нейната връзка с енергията и работата.

Абсолютната нула е минималната температура, при която ентропията достига най-ниската си стойност. Тоест това е най-малкият показател, който може да се наблюдава в системата. Това е универсална концепция и действа като нулева точка в системата от температурни единици.

Графика на налягане спрямо температура за различни газове с постоянен обем. Имайте предвид, че всички графики се екстраполират до нулево налягане при една температура

Система при абсолютна нула все още е надарена с квантово-механична нулева енергия. Съгласно принципа на неопределеността позицията на частиците не може да бъде определена с абсолютна точност. Ако една частица е изместена при абсолютната нула, тя все още има минимален енергиен резерв. Но в класическата термодинамика кинетичната енергия може да бъде нула и топлинната енергия изчезва.

Нулевата точка на термодинамична скала, като Келвин, е равна на абсолютната нула. Международно споразумениеустанови, че температурата на абсолютната нула достига 0K по скалата на Келвин и -273,15°C по скалата на Целзий. Веществото проявява квантови ефекти при минимални температури, като свръхпроводимост и свръхфлуидност. Най-ниската температура в лабораторни условия е била 10-12 К, а в естествена среда– 1K (бързо разширяване на газовете в мъглявината Бумеранг).

Бързото разширяване на газовете води до минимална наблюдавана температура

Абсолютната температурна нула съответства на 273,15 градуса по Целзий под нулата, 459,67 под нулата по Фаренхайт. За температурната скала на Келвин самата тази температура е нулевата отметка.

Същността на абсолютната нулева температура

Концепцията за абсолютна нула идва от самата същност на температурата. Всяко тяло, което се раздава външна средапо време на . В същото време телесната температура намалява, т.е. остава по-малко енергия. Теоретично този процес може да продължи, докато количеството енергия достигне такъв минимум, че тялото вече не може да я отдаде.
Далечен предвестник на подобна идея може да се намери още при М. В. Ломоносов. Великият руски учен обяснява топлината с „въртеливо“ движение. Следователно максималната степен на охлаждане е пълно спиране на такова движение.

Според съвременните концепции абсолютната нулева температура е температурата, при която молекулите имат най-ниското възможно ниво на енергия. С по-малко енергия, т.е. при по-ниска температура не може да съществува физическо тяло.

Теория и практика

Абсолютната нулева температура е теоретична концепция, по принцип е невъзможно да се постигне на практика дори в научни лаборатории с най-сложно оборудване. Но учените успяват да охладят веществото до много ниски температури, близки до абсолютната нула.

При такива температури веществата придобиват невероятни свойства, които не могат да имат при обикновени обстоятелства. Живакът, който се нарича "живо сребро", тъй като е в състояние, близко до течността, става твърд при тази температура - дотолкова, че може да се използва за забиване на пирони. Някои метали стават крехки, като стъклото. Каучукът става също толкова твърд. Ако ударите гумен предмет с чук при температура близка до абсолютната нула, той ще се счупи като стъкло.

Тази промяна в свойствата също е свързана с природата на топлината. Колкото по-висока е температурата на физическото тяло, толкова по-интензивно и хаотично се движат молекулите. С понижаване на температурата движението става по-малко интензивно и структурата става по-подредена. Така газът става течност, а течността става твърдо вещество. Крайното ниво на ред е кристалната структура. При свръхниски температури дори вещества, които обикновено остават аморфни, като каучук, го придобиват.

Интересни явления се случват и с металите. Атомите на кристалната решетка вибрират с по-малка амплитуда, разсейването на електроните намалява и следователно електрическото съпротивление намалява. Металът придобива свръхпроводимост, чието практическо приложение изглежда много примамливо, макар и трудно постижимо.

Абсолютната нула съответства на температура от −273,15 °C.

Смята се, че абсолютната нула е недостижима на практика. Неговото съществуване и позиция върху температурната скала следва от екстраполация на наблюдаваното физични явления, докато такава екстраполация показва, че при абсолютна нула енергията на топлинното движение на молекулите и атомите на дадено вещество трябва да бъде равна на нула, т.е. хаотичното движение на частиците спира и те образуват подредена структура, заемаща ясна позиция в възли на кристалната решетка. Всъщност обаче, дори при абсолютна нула температура, регулярните движения на частиците, които изграждат материята, ще останат. Останалите трептения, като трептения на нулева точка, се дължат на квантовите свойства на частиците и физическия вакуум, който ги заобикаля.

Понастоящем във физическите лаборатории е възможно да се получат температури, превишаващи абсолютната нула само с няколко милионни от градуса; да го постигне сам, според законите на термодинамиката, е невъзможно.

Бележки

Литература

  • Г. Бурмин. Нападение срещу абсолютната нула. - М .: „Детска литература“, 1983 г.

Вижте също

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е „Абсолютна нула“ в други речници:

    АБСОЛЮТНА НУЛА, температурата, при която всички компоненти на системата имат най-малко количество енергия, разрешено от законите на КВАНТОВАТА МЕХАНИКА; нула по температурната скала на Келвин или 273,15°C (459,67° по Фаренхайт). При тази температура... Научно-технически енциклопедичен речник

    Температурата е минималната граница на температурата, която физическото тяло може да има. Абсолютната нула служи като отправна точка за абсолютна температурна скала, като скалата на Келвин. По скалата на Целзий абсолютната нула съответства на температура от −273 ... Wikipedia

    АБСОЛЮТНА НУЛЕВА ТЕМПЕРАТУРА- началото на термодинамичната температурна скала; намиращ се на 273,16 К (Келвин) под (вижте) водата, т.е. равно на 273,16°C (по Целзий). Абсолютната нула е най-ниската температура в природата и практически недостижима... Голяма политехническа енциклопедия

    Това е минималната температурна граница, която може да има едно физическо тяло. Абсолютната нула служи като отправна точка за абсолютна температурна скала, като скалата на Келвин. По скалата на Целзий абсолютната нула съответства на температура от −273,15 °C.... ... Wikipedia

    Абсолютната нулева температура е минималната температурна граница, която физическото тяло може да има. Абсолютната нула служи като отправна точка за абсолютна температурна скала, като скалата на Келвин. По скалата на Целзий абсолютната нула съответства на... ... Wikipedia

    Разг. Занемарен Незначителен, незначителен човек. ФСРЮ, 288; BTS, 24; ZS 1996, 33 ...

    нула- абсолютна нула … Речник на руските идиоми

    Нула и нула съществително, м., употреб. сравнявам често Морфология: (не) какво? нула и нула, защо? нула и нула, (виж) какво? нула и нула, какво? нула и нула, какво ще кажете? около нула, нула; мн. Какво? нули и нули, (не) какво? нули и нули, защо? нули и нули, (виждам)… … РечникДмитриева

    Абсолютна нула (нула). Разг. Занемарен Незначителен, незначителен човек. ФСРЮ, 288; BTS, 24; ZS 1996, 33 V нула. 1. Джарг. те казват Шегувам се. желязо. За тежка интоксикация. Югановци, 471; Вахитов 2003, 22. 2. Жарг. музика Точно така, в пълно съответствие с... ... Голям речник на руските поговорки

    абсолютен- абсолютен абсурд, абсолютен авторитет, абсолютна безупречност, абсолютен безпорядък, абсолютна измислица, абсолютен имунитет, абсолютен лидер, абсолютен минимум, абсолютен монарх, абсолютен морал, абсолютна нула… … Речник на руските идиоми

Книги

  • Абсолютна нула, Абсолютна Павел. Животът на всички творения на лудия учен от расата Нес е много кратък. Но следващият експеримент има шанс да съществува. Какво го чака занапред?...

Терминът „температура“ се появи във време, когато физиците смятаха, че топлите тела се състоят от повече специфично вещество - калории - отколкото същите тела, но студени. И температурата се тълкува като стойност, съответстваща на количеството калории в тялото. Оттогава температурата на всяко тяло се измерва в градуси. Но всъщност това е мярка за кинетичната енергия на движещи се молекули и въз основа на това трябва да се измерва в джаули, в съответствие със системата от единици С.

Концепцията за „абсолютна нулева температура“ идва от втория закон на термодинамиката. Според него процесът на пренос на топлина от студено тяло към горещо е невъзможен. Това понятие е въведено от английския физик У. Томсън. За постиженията си във физиката той получава благородническата титла „Лорд” и титлата „Барон Келвин”. През 1848 г. У. Томсън (Келвин) предлага да се използва температурна скала, в която той взема абсолютната нулева температура, съответстваща на екстремни студове, като начална точка и взема градуси по Целзий като стойност на делението. Единицата Келвин е 1/27316 от температурата на тройната точка на водата (около 0 градуса C), т.е. температура, при която чиста водаведнага се намира в три форми: лед, течна водаи пара температура е минималната възможна ниска температура, при която движението на молекулите спира и вече не е възможно да се извлече от веществото Термална енергия. Оттогава абсолютната температурна скала носи неговото име.

Температурата се измерва на различни скали

Най-често използваната температурна скала се нарича скала на Целзий. Тя се основава на две точки: температурата на водата от течност към пара и вода към лед. А. Целзий през 1742 г. предлага разделяне на разстоянието между референтните точки на 100 интервала и приемане на водата за нула, с точка на замръзване като 100 градуса. Но шведът К. Линей предложи да се направи обратното. Оттогава водата е замръзнала при нула градуса по Целзий. Въпреки че трябва да заври точно при Целзий. Абсолютната нула по Целзий съответства на минус 273,16 градуса по Целзий.

Има още няколко температурни скали: Фаренхайт, Реомюр, Ранкин, Нютон, Ромер. Имат различни цени на разделение. Например, скалата на Reaumur също е изградена върху референтните точки на кипене и замръзване на водата, но има 80 деления. Скалата на Фаренхайт, която се появи през 1724 г., се използва в ежедневието само в някои страни по света, включително САЩ; едната е температурата на сместа от воден лед и амоняк, а другата е температурата на човешкото тяло. Скалата е разделена на сто деления. Нула по Целзий съответства на 32. Преобразуването на градуси във Фаренхайт може да се извърши по формулата: F = 1,8 C + 32. Обратно преобразуване: C = (F - 32)/1,8, където: F - градуси по Фаренхайт, C - градуси по Целзий. Ако ви мързи да броите, отидете на онлайн услуга за преобразуване на Целзий във Фаренхайт. В полето въведете броя градуси по Целзий, щракнете върху „Изчисли“, изберете „Фаренхайт“ и щракнете върху „Старт“. Резултатът ще се появи веднага.

Носи името на английския (по-точно шотландски) физик Уилям Дж. Ранкин, който е съвременник на Келвин и един от създателите на техническата термодинамика. Има три важни точки в неговата скала: началото е абсолютната нула, точката на замръзване на водата е 491,67 градуса по Ранкин и точката на кипене на водата е 671,67 градуса. Броят на деленията между замръзването на водата и нейното кипене както за Ранкин, така и за Фаренхайт е 180.

Повечето от тези скали се използват изключително от физици. И 40% от анкетираните днес американски ученици завършващи класовеТе казаха, че не знаят какво е абсолютна нула.

моб_инфо