Température inférieure à 0 Kelvin. Zéro absolu

> Zéro absolu

Apprenez à quoi cela équivaut température zéro absolu et la valeur de l'entropie. Découvrez quelle est la température du zéro absolu sur les échelles Celsius et Kelvin.

Zéro absolu– température minimale. C'est le point auquel l'entropie atteint sa valeur la plus basse.

Objectif d'apprentissage

• Comprenez pourquoi le zéro absolu est un indicateur naturel du point zéro.

Points principaux

• Le zéro absolu est universel, c'est-à-dire que toute la matière est dans son état fondamental à cet indicateur.
• K a une énergie mécanique quantique nulle. Mais en interprétation, l'énergie cinétique peut être nulle et l'énergie thermique disparaît.
• Maximum basse température dans des conditions de laboratoire, il atteint 10-12 K. Le minimum naturel est de 1 K (expansion des gaz dans la nébuleuse du Boomerang).

Termes

• L'entropie est une mesure de la façon dont l'énergie uniforme est distribuée dans un système.
• La thermodynamique est une branche scientifique qui étudie la chaleur et sa relation avec l'énergie et le travail.

Le zéro absolu est la température minimale à laquelle l'entropie atteint sa valeur la plus basse. C'est-à-dire qu'il s'agit du plus petit indicateur pouvant être observé dans le système. Il s’agit d’un concept universel qui fait office de point zéro dans le système d’unités de température.

Graphique de la pression en fonction de la température pour différents gaz à volume constant. Notez que tous les graphiques extrapolent à une pression nulle à une température donnée.

Un système au zéro absolu est toujours doté d’une énergie de point zéro mécanique quantique. Selon le principe d’incertitude, la position des particules ne peut être déterminée avec une précision absolue. Si une particule est déplacée au zéro absolu, elle dispose toujours d’une réserve d’énergie minimale. Mais en thermodynamique classique, l’énergie cinétique peut être nulle et l’énergie thermique disparaît.

Le point zéro d'une échelle thermodynamique, telle que Kelvin, est égal au zéro absolu. Accord international a constaté que la température du zéro absolu atteint 0K sur l'échelle Kelvin et -273,15°C sur l'échelle Celsius. La substance présente des effets quantiques à des températures minimales, tels que la supraconductivité et la superfluidité. La température la plus basse dans des conditions de laboratoire était de 10 à 12 K, et dans environnement naturel– 1K (expansion rapide des gaz dans la nébuleuse du Boomerang).

L'expansion rapide des gaz conduit à une température minimale observée

La température absolue zéro correspond à 273,15 degrés Celsius en dessous de zéro, 459,67 en dessous de zéro Fahrenheit. Pour l'échelle de température Kelvin, cette température elle-même constitue le zéro.

L'essence du zéro absolu

La notion de zéro absolu vient de l’essence même de la température. Tout corps qui trahit environnement externe pendant . Dans le même temps, la température corporelle diminue, c'est-à-dire il reste moins d’énergie. Théoriquement, ce processus peut se poursuivre jusqu’à ce que la quantité d’énergie atteigne un minimum tel que le corps ne puisse plus la restituer.
Un lointain signe avant-coureur d'une telle idée se trouve déjà chez M.V. Lomonossov. Le grand scientifique russe expliquait la chaleur par un mouvement « rotatif ». Par conséquent, le degré de refroidissement maximum correspond à un arrêt complet de ce mouvement.

Selon les concepts modernes, la température zéro absolue est la température à laquelle les molécules ont le niveau d'énergie le plus bas possible. Avec moins d'énergie, c'est-à-dire à une température plus basse, aucun corps physique ne peut exister.

Théorie et pratique

Le zéro absolu est un concept théorique ; il est en principe impossible de l’atteindre, même dans les laboratoires scientifiques dotés des équipements les plus sophistiqués. Mais les scientifiques parviennent à refroidir la substance à des températures très basses, proches du zéro absolu.

À de telles températures, les substances acquièrent des propriétés étonnantes qu'elles ne peuvent avoir dans des circonstances ordinaires. Le mercure, appelé « argent vivant » car dans un état proche du liquide, devient solide à cette température – au point qu’il peut être utilisé pour enfoncer des clous. Certains métaux deviennent cassants, comme le verre. Le caoutchouc devient tout aussi dur. Si vous frappez un objet en caoutchouc avec un marteau à une température proche du zéro absolu, il se brisera comme du verre.

Ce changement de propriétés est également associé à la nature de la chaleur. Plus la température du corps physique est élevée, plus les molécules se déplacent de manière intense et chaotique. À mesure que la température diminue, le mouvement devient moins intense et la structure devient plus ordonnée. Ainsi un gaz devient un liquide et un liquide devient un solide. Le niveau ultime de l’ordre est la structure cristalline. À des températures ultra-basses, même les substances qui restent normalement amorphes, comme le caoutchouc, l'acquièrent.

Des phénomènes intéressants se produisent également avec les métaux. Les atomes du réseau cristallin vibrent avec moins d'amplitude, la diffusion des électrons diminue et donc la résistance électrique diminue. Le métal acquiert une supraconductivité dont l'application pratique semble très tentante, bien que difficile à réaliser.

Le zéro absolu correspond à une température de −273,15 °C.

On pense que le zéro absolu est inaccessible dans la pratique. Son existence et sa position sur l'échelle de température découlent de l'extrapolation des valeurs observées. phénomènes physiques, alors qu'une telle extrapolation montre qu'au zéro absolu, l'énergie du mouvement thermique des molécules et des atomes d'une substance doit être égale à zéro, c'est-à-dire que le mouvement chaotique des particules s'arrête et elles forment une structure ordonnée, occupant une position claire au nœuds du réseau cristallin. Cependant, même à température nulle absolue, les mouvements réguliers des particules qui composent la matière subsisteront. Les oscillations restantes, comme les oscillations du point zéro, sont dues aux propriétés quantiques des particules et au vide physique qui les entoure.

À l'heure actuelle, dans les laboratoires de physique, il est possible d'obtenir des températures dépassant le zéro absolu de quelques millionièmes de degré seulement ; y parvenir lui-même, selon les lois de la thermodynamique, est impossible.

Remarques

Littérature

• G. Burmine. Assaut sur le zéro absolu. - M. : « Littérature jeunesse », 1983.

voir également

Fondation Wikimédia. 2010.

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Razg. Négligé Une personne insignifiante et insignifiante. FSRY, 288 ; BTS, 24 ans ; ZS 1996, 33 ...

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absolu- absurdité absolue, autorité absolue, impeccabilité absolue, désordre absolu, fiction absolue, immunité absolue, leader absolu, minimum absolu, monarque absolu, moralité absolue, zéro absolu… … Dictionnaire des expressions idiomatiques russes

Livres

• Zéro absolu, Pavel Absolu. La vie de toutes les créations du savant fou de la race Nes est très courte. Mais la prochaine expérience a une chance d’exister. Qu'est-ce qui l'attend?...

Le terme « température » est apparu à une époque où les physiciens pensaient que les corps chauds étaient constitués davantage d'une substance spécifique - calorique - que les mêmes corps, mais froids. Et la température était interprétée comme une valeur correspondant à la quantité de calories présente dans le corps. Depuis lors, la température de tout corps est mesurée en degrés. Mais en fait, il s’agit d’une mesure de l’énergie cinétique des molécules en mouvement et, sur cette base, elle doit être mesurée en Joules, conformément au système d’unités C.

La notion de « température zéro absolu » vient de la deuxième loi de la thermodynamique. Selon lui, le processus de transfert de chaleur d'un corps froid à un corps chaud est impossible. Ce concept a été introduit par le physicien anglais W. Thomson. Pour ses réalisations en physique, il reçut le titre de noblesse « Lord » et le titre de « Baron Kelvin ». En 1848, W. Thomson (Kelvin) propose d'utiliser une échelle de température dans laquelle il prend comme point de départ la température zéro absolue, correspondant au froid extrême, et prend les degrés Celsius comme valeur de division. L'unité Kelvin correspond à 1/27316 de la température du point triple de l'eau (environ 0 degré C), soit température à laquelle eau pure se retrouve immédiatement sous trois formes : la glace, eau liquide et de la vapeur la température est la température la plus basse possible à laquelle le mouvement des molécules s'arrête et il n'est plus possible d'extraire de la substance l'énérgie thermique. Depuis, l’échelle de température absolue porte son nom.

La température est mesurée à différentes échelles

L’échelle de température la plus couramment utilisée est appelée l’échelle Celsius. Elle est construite sur deux points : la température de l'eau du liquide à la vapeur et de l'eau à la glace. A. Celsius a proposé en 1742 de diviser la distance entre les points de référence en 100 intervalles et de prendre l'eau à zéro, avec un point de congélation à 100 degrés. Mais le Suédois K. Linnaeus a suggéré de faire le contraire. Depuis lors, l’eau a gelé à zéro degré Celsius. Bien qu'il doive bouillir exactement à Celsius. Le zéro Celsius absolu correspond à moins 273,16 degrés Celsius.

Il existe plusieurs autres échelles de température : Fahrenheit, Réaumur, Rankin, Newton, Roemer. Ils ont des prix de division différents. Par exemple, l'échelle de Réaumur est également construite sur les repères d'ébullition et de congélation de l'eau, mais elle comporte 80 divisions. L'échelle Fahrenheit, apparue en 1724, n'est utilisée dans la vie quotidienne que dans certains pays du monde, dont les États-Unis ; l’une est la température du mélange d’eau glacée et d’ammoniac et l’autre est la température du corps humain. L'échelle est divisée en cent divisions. Zéro Celsius correspond à 32. La conversion des degrés en Fahrenheit peut être effectuée à l'aide de la formule : F = 1,8 C + 32. Conversion inverse : C = (F - 32)/1,8, où : F - degrés Fahrenheit, C - degrés Celsius. Si vous êtes trop paresseux pour compter, accédez à un service en ligne permettant de convertir les degrés Celsius en Fahrenheit. Dans la case, entrez le nombre de degrés Celsius, cliquez sur « Calculer », sélectionnez « Fahrenheit » et cliquez sur « Démarrer ». Le résultat apparaîtra immédiatement.

Nommé d'après le physicien anglais (plus précisément écossais) William J. Rankin, contemporain de Kelvin et l'un des créateurs de la thermodynamique technique. Il y a trois points importants dans son échelle : le début est le zéro absolu, le point de congélation de l'eau est de 491,67 degrés Rankine et le point d'ébullition de l'eau est de 671,67 degrés. Le nombre de divisions entre la congélation de l'eau et son ébullition pour Rankine et Fahrenheit est de 180.

La plupart de ces échelles sont utilisées exclusivement par les physiciens. Et 40 % des écoliers américains interrogés aujourd'hui classes de fin d'études Ils ont dit qu’ils ne savaient pas ce qu’est le zéro absolu.