دمای صفر مطلق چیست؟ صفر مطلق چیست و آیا می توان به آن رسید

وقتی گزارش هواشناسی دمای حدود صفر را پیش بینی می کند، نباید به پیست اسکیت بروید: یخ ها آب می شوند. دمای ذوب یخ صفر درجه سانتیگراد است - رایج ترین مقیاس درجه حرارت.
ما به خوبی از درجه های منفی مقیاس سانتیگراد - درجه آگاه هستیم<ниже нуля>، درجات سرما. کمترین دمای زمین در قطب جنوب ثبت شده است: -88.3 درجه سانتیگراد. در خارج از زمین، حتی دمای کمتری نیز ممکن است: در سطح ماه در نیمه شب قمری می تواند به -160 درجه سانتیگراد برسد.
اما هیچ کجا نمی توان به طور خودسرانه دمای پایین وجود داشت. دمای بسیار پایین - صفر مطلق - در مقیاس سلسیوس برابر با - 273.16 درجه است.
مقیاس دمای مطلق، مقیاس کلوین، از صفر مطلق سرچشمه می گیرد. یخ در 273.16 درجه کلوین ذوب می شود و آب در 373.16 درجه کلوین می جوشد. بنابراین، درجه K برابر با درجه سانتی گراد است. اما در مقیاس کلوین، همه دماها مثبت هستند.
چرا 0 درجه کلوین حد سرما است؟
گرما حرکت بی نظم اتم ها و مولکول های ماده است. وقتی ماده ای سرد می شود انرژی حرارتی از آن گرفته می شود و در این حالت حرکت تصادفی ذرات ضعیف می شود. در پایان، با خنک کننده قوی، حرارتی<пляска>ذرات تقریباً به طور کامل متوقف می شوند. اتم‌ها و مولکول‌ها در دمایی که صفر مطلق در نظر گرفته می‌شود، کاملاً منجمد می‌شوند. طبق اصول مکانیک کوانتومی، در صفر مطلق، این دقیقاً حرکت حرارتی ذرات است که متوقف می شود، اما ذرات خود منجمد نمی شوند، زیرا نمی توانند کاملاً در حالت سکون باشند. بنابراین، در صفر مطلق، ذرات باید همچنان نوعی حرکت را حفظ کنند که به آن صفر می گویند.

با این حال، سرد کردن یک ماده تا دمای زیر صفر مطلق ایده‌ای است که مثلاً قصدش بی‌معنی است<идти медленнее, чем стоять на месте>.

علاوه بر این، حتی رسیدن به صفر مطلق نیز تقریبا غیرممکن است. شما فقط می توانید به او نزدیک شوید. زیرا مطلقاً تمام انرژی حرارتی آن را نمی توان به هیچ وجه از یک ماده گرفت. مقداری از انرژی حرارتی در عمیق ترین سرمایش باقی می ماند.
چگونه به دمای بسیار پایین می رسند؟
انجماد یک ماده دشوارتر از گرم کردن آن است. این را حداقل از مقایسه طراحی اجاق گاز و یخچال می توان فهمید.
در اکثر یخچال های خانگی و صنعتی، گرما به دلیل تبخیر یک مایع خاص - فریون که از طریق لوله های فلزی در گردش است، حذف می شود. راز این است که فریون فقط در دمای به اندازه کافی پایین می تواند در حالت مایع باقی بماند. در محفظه سردخانه بر اثر حرارت محفظه گرم شده و به جوش می آید و تبدیل به بخار می شود. اما بخار توسط کمپرسور فشرده شده، مایع شده و وارد اواپراتور می شود و از دست دادن فریون در حال تبخیر را جبران می کند. انرژی برای راه اندازی کمپرسور مصرف می شود.
در دستگاه های خنک کننده عمیق، حامل سرما یک مایع فوق سرد - هلیوم مایع است. بی رنگ، سبک (8 برابر سبک تر از آب)، تحت فشار اتمسفر در 4.2 درجه کلوین و در خلاء در 0.7 درجه کلوین می جوشد. ایزوتوپ نور هلیوم دمای پایین تری دارد: 0.3 درجه کلوین.
تنظیم یک یخچال دائمی هلیوم بسیار دشوار است. تحقیقات به سادگی در حمام های هلیوم مایع انجام می شود. و برای مایع سازی این گاز، فیزیکدانان از تکنیک های مختلفی استفاده می کنند. به عنوان مثال، هلیوم از پیش سرد شده و فشرده شده با آزاد کردن آن از طریق یک سوراخ نازک در یک محفظه خلاء منبسط می شود. در همان زمان، دما همچنان کاهش می یابد و بخشی از گاز به مایع تبدیل می شود. نه تنها انبساط گاز خنک شده، بلکه به کار انداختن آن - حرکت دادن پیستون - کارآمدتر است.
هلیوم مایع حاصل در ترموس های مخصوص - ظروف Dewar ذخیره می شود. هزینه این سردترین مایع (تنها مایعی که در صفر مطلق یخ نمی زند) بسیار بالا است. با این وجود، هلیوم مایع در حال حاضر بیشتر و بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد، نه تنها در علم، بلکه در دستگاه های فنی مختلف.
کمترین دما به روشی متفاوت به دست آمد. معلوم شد که مولکول های برخی از نمک ها، مانند زاج پتاسیم کروم، می توانند در امتداد خطوط مغناطیسی نیرو بچرخند. این نمک ابتدا با هلیوم مایع تا دمای 1 درجه کلوین سرد می شود و در یک میدان مغناطیسی قوی قرار می گیرد. در این حالت، مولکول ها در امتداد خطوط نیرو می چرخند و گرمای آزاد شده توسط هلیوم مایع گرفته می شود. سپس میدان مغناطیسی به شدت حذف می شود، مولکول ها دوباره در جهات مختلف می چرخند و صرف می شود

این کار منجر به خنک شدن بیشتر نمک می شود. بدین ترتیب دمای 001/0 درجه کلوین بدست آمد که با روشی مشابه اصولاً با استفاده از مواد دیگر می توان دمای حتی کمتری نیز بدست آورد.
کمترین دمایی که تاکنون روی زمین به دست آمده 0.00001 درجه کلوین است.

ابر سیالیت

ماده منجمد شده تا دمای بسیار پایین در حمام های هلیوم مایع به طور قابل توجهی تغییر می کند. لاستیک شکننده می شود، سرب به عنوان فولاد سخت و انعطاف پذیر می شود، بسیاری از آلیاژها استحکام را افزایش می دهند.

خود هلیوم مایع رفتار عجیبی دارد. در دماهای کمتر از 2.2 درجه کلوین، خاصیت بی‌سابقه‌ای برای مایعات معمولی به دست می‌آورد - فوق‌سیال: مقداری از آن به طور کامل ویسکوزیته را از دست می‌دهد و بدون هیچ اصطکاک در باریک‌ترین شکاف‌ها جریان می‌یابد.
این پدیده در سال 1937 توسط فیزیکدان شوروی آکادمیک P. JI کشف شد. کاپیتسا، سپس توسط آکادمیک JI توضیح داده شد. دی. لاندو.
به نظر می رسد که در دماهای بسیار پایین، قوانین کوانتومی رفتار ماده شروع به تأثیر قابل توجهی می کند. همانطور که یکی از این قوانین ایجاب می کند، انرژی را می توان از بدنی به جسم دیگر فقط در بخش های کاملاً مشخص - کوانتومی - منتقل کرد. کوانتوم های حرارتی در هلیوم مایع آنقدر کم است که برای همه اتم ها کافی نیست. بخشی از مایع، بدون کوانتوم حرارتی، در دمای صفر مطلق باقی می ماند، اتم های آن به هیچ وجه در حرکت حرارتی تصادفی شرکت نمی کنند و به هیچ وجه با دیواره های رگ برهمکنش نمی کنند. این بخش (که هلیوم-H نامیده می شد) دارای ابر سیالیت است. با کاهش دما، هلیوم-II بیشتر و بیشتر می شود و در صفر مطلق، تمام هلیوم به هلیوم-H تبدیل می شود.
ابرسیالیت اکنون با جزئیات بسیار مورد مطالعه قرار گرفته است و حتی کاربرد عملی مفیدی پیدا کرده است: با کمک آن می توان ایزوتوپ های هلیوم را جدا کرد.

ابررسانایی

تقریباً صفر مطلق، تغییرات بسیار عجیبی در خواص الکتریکی مواد خاص رخ می دهد.
در سال 1911، فیزیکدان هلندی Kamerling-Onnes یک کشف غیرمنتظره انجام داد: معلوم شد که در دمای 4.12 درجه کلوین، مقاومت الکتریکی به طور کامل در جیوه از بین می رود. عطارد تبدیل به ابررسانا می شود. جریان الکتریکی القا شده در حلقه ابررسانا تجزیه نمی شود و می تواند تقریبا برای همیشه جریان داشته باشد.
در بالای چنین حلقه ای، یک توپ ابررسانا در هوا شناور می شود و مانند یک افسانه نمی افتد.<гроб Магомета>، زیرا سنگینی آن با دافعه مغناطیسی بین حلقه و توپ جبران می شود. از این گذشته، جریان میرایی نشده در حلقه یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند و به نوبه خود جریان الکتریکی را در توپ القا می کند و همراه با آن یک میدان مغناطیسی با جهت مخالف ایجاد می کند.
علاوه بر جیوه، قلع، سرب، روی و آلومینیوم دارای ابررسانایی نزدیک به صفر مطلق هستند. این خاصیت در 23 عنصر و بیش از صد آلیاژ مختلف و سایر ترکیبات شیمیایی یافت شده است.
دماهایی که در آن ابررسانایی ظاهر می شود (دماهای بحرانی) در محدوده نسبتاً وسیعی هستند، از 0.35 درجه کلوین (هافنیوم) تا 18 درجه کلوین (آلیاژ نیوبیم-قلع).
پدیده ابررسانایی و همچنین ابررسانایی
سیالیت، به تفصیل مورد مطالعه قرار گرفته است. وابستگی دماهای بحرانی به ساختار داخلی مواد و میدان مغناطیسی خارجی یافت می شود. یک نظریه عمیق ابررسانایی ایجاد شد (سهم مهمی توسط دانشمند شوروی، آکادمیک N. N. Bogolyubov انجام شد).
ماهیت این پدیده متناقض دوباره کاملاً کوانتومی است. در دماهای بسیار پایین، الکترون ها وارد می شوند

ابررساناها سیستمی از ذرات متصل به هم جفتی را تشکیل می دهند که نمی توانند به شبکه کریستالی انرژی بدهند، انرژی کوانتومی را برای گرم کردن آن صرف می کنند. جفت الکترون ها مانند حرکت می کنند<танцуя>، بین<прутьями решетки>- یون ها و دور زدن آنها بدون برخورد و انتقال انرژی.
ابررسانایی به طور فزاینده ای در فناوری استفاده می شود.
به عنوان مثال، سولنوئیدهای ابررسانا در حال اجرا هستند - سیم پیچ های ابررسانا غوطه ور در هلیوم مایع. هنگامی که جریان القا شده و در نتیجه میدان مغناطیسی را می توان برای مدت زمان دلخواه در آنها ذخیره کرد. می تواند به یک ارزش غول پیکر برسد - بیش از 100000 oersted. در آینده، دستگاه های ابررسانای صنعتی قدرتمند بدون شک ظاهر خواهند شد - موتورهای الکتریکی، آهنرباهای الکتریکی و غیره.
در الکترونیک رادیویی، تقویت کننده های فوق حساس و ژنراتورهای امواج الکترومغناطیسی شروع به ایفای نقش مهمی می کنند، که به ویژه در حمام هایی با هلیوم مایع به خوبی کار می کنند - وجود داخلی<шумы>تجهیزات. در فناوری محاسبات الکترونیکی، آینده روشنی برای سوئیچ های ابررسانا کم توان - کرایوترون ها وعده داده شده است (به هنر مراجعه کنید.<Пути электроники>).
تصور اینکه چقدر وسوسه انگیز است که کار چنین دستگاه هایی را به دماهای بالاتر و در دسترس تر پیش ببریم، دشوار نیست. AT اخیراامید به ایجاد ابررساناهای فیلم پلیمری را باز می کند. ماهیت عجیب رسانایی الکتریکی در چنین موادی نوید فرصتی درخشان برای حفظ ابررسانایی حتی در دمای اتاق می دهد. دانشمندان به طور مداوم به دنبال راه هایی برای تحقق این امید هستند.

در اعماق ستاره ها

و حالا بیایید به قلمرو داغ ترین چیز در جهان - به روده های ستاره ها نگاه کنیم. جایی که دما به میلیون ها درجه می رسد.
حرکت حرارتی پر هرج و مرج در ستارگان آنقدر شدید است که اتم های کامل نمی توانند در آنجا وجود داشته باشند: آنها در برخوردهای بی شماری از بین می روند.
بنابراین، ماده ای که به شدت گرم می شود نمی تواند جامد، مایع یا گاز باشد. در حالت پلاسما است، یعنی مخلوطی از بار الکتریکی<осколков>اتم ها - هسته های اتمی و الکترون ها.
پلاسما نوعی حالت ماده است. از آنجایی که ذرات آن دارای بار الکتریکی هستند، آنها با حساسیت از نیروهای الکتریکی و مغناطیسی اطاعت می کنند. بنابراین، نزدیکی دو هسته اتمی (آنها حامل بار مثبت هستند) یک پدیده نادر است. فقط در چگالی های بالا و دماهای بسیار زیاد، هسته های اتم می توانند به یکدیگر نزدیک شوند. سپس واکنش های گرما هسته ای رخ می دهد - منبع انرژی برای ستاره ها.
نزدیکترین ستاره به ما - خورشید عمدتاً از پلاسمای هیدروژن تشکیل شده است که در روده های ستاره تا 10 میلیون درجه گرم می شود. در چنین شرایطی، برخورد نزدیک هسته های هیدروژن سریع - پروتون ها، هرچند نادر، اتفاق می افتد. گاهی اوقات پروتون های نزدیک با هم برهم کنش می کنند: پس از غلبه بر دافعه الکتریکی، به سرعت در قدرت نیروهای جاذبه هسته ای غول پیکر قرار می گیرند.<падают>یکدیگر و ادغام می شوند. در اینجا یک بازآرایی آنی رخ می دهد: به جای دو پروتون، یک دوترون (هسته ایزوتوپ سنگین هیدروژن)، یک پوزیترون و یک نوترینو ظاهر می شود. انرژی آزاد شده 0.46 میلیون الکترون ولت (Mev) است.
هر پروتون خورشیدی منفرد می تواند به طور متوسط هر 14 میلیارد سال یک بار وارد چنین واکنشی شود. اما پروتون های زیادی در روده های نور وجود دارد که اینجا و آنجا این رویداد بعید رخ می دهد - و ستاره ما با شعله یکنواخت و خیره کننده اش می سوزد.
سنتز دوترون ها تنها اولین گام در تبدیل گرما هسته ای خورشیدی است. دوترون تازه متولد شده خیلی زود (به طور متوسط بعد از 5.7 ثانیه) با یک پروتون دیگر ترکیب می شود. هسته ای از هلیوم سبک و یک کوانتوم گاما از تابش الکترومغناطیسی وجود دارد. 5.48 مگا ولت انرژی آزاد می شود.
در نهایت، به طور متوسط، هر میلیون سال یک بار، دو هسته هلیوم سبک می توانند همگرا و همجوش شوند. سپس یک هسته معمولی هلیوم (ذره آلفا) تشکیل می شود و دو پروتون از هم جدا می شوند. 12.85 مگا ولت انرژی آزاد می شود.
این سه مرحله ای<конвейер>واکنش های گرما هسته ای تنها یک نیست. زنجیره دیگری از دگرگونی های هسته ای وجود دارد که سریعتر هستند. هسته های اتمی کربن و نیتروژن در آن شرکت می کنند (بدون مصرف). اما در هر دو مورد، ذرات آلفا از هسته های هیدروژن سنتز می شوند. به طور تصویری، پلاسمای هیدروژن خورشیدی<сгорает>، تبدیل شدن به<золу>- پلاسمای هلیوم و در فرآیند سنتز هر گرم پلاسمای هلیوم 175 هزار کیلووات ساعت انرژی آزاد می شود. مقدار عالی!
خورشید در هر ثانیه 41033 ارگ انرژی ساطع می کند و 41012 گرم (4 میلیون تن) از وزن خود را از دست می دهد. اما مجموع جرم خورشید 21027 تن است که به این معنی است که در یک میلیون سال به دلیل انتشار تشعشعات، خورشید<худеет>فقط یک ده میلیونیم جرم آن این ارقام به خوبی اثربخشی واکنش های گرما هسته ای و ارزش گرمایی عظیم انرژی خورشیدی را نشان می دهد.<горючего>- هیدروژن
به نظر می رسد همجوشی گرما هسته ای منبع اصلی انرژی برای همه ستارگان باشد. در دماها و چگالی های مختلف فضای داخلی ستارگان، انواع مختلفی از واکنش ها رخ می دهد. به طور خاص، خورشیدی<зола>- هسته های هلیوم - در 100 میلیون درجه، خود گرما هسته ای می شود<горючим>. سپس هسته‌های اتمی سنگین‌تر - کربن و حتی اکسیژن - را می‌توان از ذرات آلفا سنتز کرد.
به گفته بسیاری از دانشمندان، کل متا کهکشان ما به عنوان یک کل نیز ثمره همجوشی گرما هسته ای است که در دمای یک میلیارد درجه رخ داده است (به هنر مراجعه کنید.<Вселенная вчера, сегодня и завтра>).

به خورشید مصنوعی

محتوای کالری فوق العاده گرما هسته ای<горючего>دانشمندان را بر آن داشت تا به دنبال اجرای مصنوعی واکنش های همجوشی هسته ای باشند.
<Горючего>ایزوتوپ های هیدروژن زیادی در سیاره ما وجود دارد. به عنوان مثال، تریتیوم هیدروژن فوق سنگین را می توان از فلز لیتیوم در راکتورهای هسته ای به دست آورد. و هیدروژن سنگین - دوتریوم بخشی از آب سنگین است که می توان آن را از آب معمولی استخراج کرد.
هیدروژن سنگین استخراج شده از دو لیوان آب معمولی به اندازه سوختن یک بشکه بنزین ممتاز انرژی در یک راکتور همجوشی فراهم می کند.
مشکل در پیش گرم کردن است<горючее>تا دمایی که در آن می تواند با آتش گرما هسته ای قدرتمند مشتعل شود.
این مشکل ابتدا در بمب هیدروژنی حل شد. ایزوتوپ های هیدروژن در آنجا با انفجار یک بمب اتمی به آتش کشیده می شوند که با گرم شدن این ماده تا چند ده میلیون درجه همراه است. در یکی از نسخه های بمب هیدروژنی، سوخت گرما هسته ای یک ترکیب شیمیایی از هیدروژن سنگین با لیتیوم سبک - دوترید سبک l و t و i است. این پودر سفید، شبیه به نمک خوراکی،<воспламеняясь>از جانب<спички>که همان بمب اتمی است، فورا منفجر می شود و دمای صدها میلیون درجه ایجاد می کند.
برای شروع یک واکنش گرما هسته‌ای صلح‌آمیز، ابتدا باید یاد گرفت که چگونه بدون استفاده از بمب اتمی، دوزهای کوچکی از پلاسمای به اندازه کافی متراکم از ایزوتوپ‌های هیدروژن را تا دمای صدها میلیون درجه گرم کرد. این مسئله یکی از دشوارترین مسائل در فیزیک کاربردی مدرن است. دانشمندان از سراسر جهان سال ها بر روی آن کار می کنند.
قبلاً گفتیم که این حرکت آشفته ذرات است که باعث گرم شدن اجسام می شود و میانگین انرژی حرکت تصادفی آنها با دما مطابقت دارد. گرم کردن بدن سرد به معنای ایجاد این اختلال به هر طریقی است.
تصور کنید که دو گروه از دوندگان به سرعت به سمت یکدیگر می شتابند. بنابراین آنها با هم برخورد کردند، مخلوط شدند، جمعیت شروع شد، سردرگمی. آشفتگی بزرگ!
تقریباً به همین ترتیب، فیزیکدانان ابتدا سعی کردند دمای بالایی را - با فشار دادن جت های گاز فشار بالا - به دست آورند. گاز تا 10 هزار درجه گرم شد. زمانی این یک رکورد بود: درجه حرارت بالاتر از سطح خورشید است.
اما با این روش، گرمایش بیشتر، نسبتاً آهسته و غیر انفجاری گاز غیرممکن است، زیرا اختلال حرارتی فوراً در همه جهات گسترش می یابد و دیواره های اتاق آزمایش و محیط را گرم می کند. گرمای حاصل به سرعت سیستم را ترک می کند و جداسازی آن غیرممکن است.
اگر جت های گاز با جریان های پلاسما جایگزین شوند، مشکل عایق حرارتی بسیار دشوار است، اما به حل آن نیز امیدوار است.
درست است، پلاسما را نمی توان از اتلاف گرما توسط رگ هایی که حتی از نسوزترین مواد ساخته شده اند محافظت کرد. در تماس با دیواره های جامد، پلاسمای داغ بلافاصله خنک می شود. از سوی دیگر، می توان سعی کرد پلاسما را با ایجاد تجمع آن در خلاء، نگه داشت و گرم کرد، به طوری که با دیواره های محفظه تماس پیدا نکند، اما بدون تماس با چیزی در فضای خالی آویزان شود. در اینجا باید از این واقعیت استفاده کرد که ذرات پلاسما مانند اتم های گاز خنثی نیستند، بلکه دارای بار الکتریکی هستند. بنابراین در حرکت تحت تأثیر نیروهای مغناطیسی قرار می گیرند. مشکل پیش می‌آید: ترتیب دادن یک میدان مغناطیسی با یک پیکربندی خاص که در آن پلاسمای داغ مانند یک کیسه با دیواره‌های نامرئی آویزان شود.
ساده ترین شکل چنین میدان الکتریکی به طور خودکار زمانی ایجاد می شود که پالس های جریان الکتریکی قوی از پلاسما عبور می کنند. در این حالت، نیروهای مغناطیسی در اطراف رشته پلاسما القا می شوند که تمایل به فشرده سازی رشته دارند. پلاسما از دیواره‌های لوله تخلیه جدا می‌شود و دما در نزدیکی محور رشته در هجوم ذرات به ۲ میلیون درجه می‌رسد.
در کشور ما چنین آزمایشاتی در اوایل سال 1950 با راهنمایی دانشگاهیان JI انجام شد. A. Artsimovich و M.A. Leontovich.
جهت دیگر آزمایش ها استفاده از بطری مغناطیسی است که در سال 1952 توسط فیزیکدان شوروی G. I. Budker که اکنون یک آکادمیک است، پیشنهاد شد. بطری مغناطیسی در یک کورکترون قرار می گیرد - یک محفظه خلاء استوانه ای مجهز به سیم پیچ خارجی، که در انتهای محفظه ضخیم می شود. جریانی که از سیم پیچ عبور می کند، میدان مغناطیسی را در محفظه ایجاد می کند. خطوط نیروی آن در قسمت میانی موازی با ژنراتیکس سیلندر است و در انتهای آن فشرده شده و شاخه های مغناطیسی را تشکیل می دهند. ذرات پلاسما که در یک بطری مغناطیسی تزریق می شوند، در اطراف خطوط نیرو پیچیده می شوند و از چوب پنبه ها منعکس می شوند. در نتیجه پلاسما مدتی در داخل بطری نگهداری می شود. اگر انرژی ذرات پلاسمای وارد شده به بطری به اندازه کافی زیاد باشد و تعداد آنها به اندازه کافی باشد، وارد فعل و انفعالات پیچیده نیرو می شوند، حرکت مرتب اولیه آنها در هم پیچیده می شود، بی نظم می شود - دمای هسته های هیدروژن به ده ها میلیون درجه افزایش می یابد. .
گرمایش اضافی توسط الکترومغناطیسی به دست می آید<ударами>توسط پلاسما، فشرده سازی میدان مغناطیسی و غیره. اکنون پلاسمای هسته های هیدروژن سنگین تا صدها میلیون درجه گرم می شود. درست است، این را می توان برای مدت کوتاهی یا با چگالی کم پلاسما انجام داد.
برای تحریک یک واکنش خودپایدار، لازم است دما و چگالی پلاسما بیشتر شود. دستیابی به این امر دشوار است. با این حال، همانطور که دانشمندان متقاعد شده اند، مشکل غیرقابل انکار قابل حل است.

G.B. آنفیلوف

ارسال عکس ها و استناد به مقالات سایت ما در سایر منابع به شرط ارائه لینک به منبع و عکس ها مجاز است.

مفهوم فیزیکی "دمای صفر مطلق" برای علم مدرن بسیار مهم است: مفهومی مانند ابررسانایی که کشف آن در نیمه دوم قرن بیستم سر و صدا کرد، ارتباط نزدیکی با آن دارد.

برای درک اینکه صفر مطلق چیست، باید به آثار فیزیکدانان مشهوری مانند جی. فارنهایت، آ. سلسیوس، جی. گی لوساک و دبلیو تامسون مراجعه کرد. این آنها بودند که نقش کلیدی در ایجاد مقیاس های درجه حرارت اصلی که هنوز هم امروزه استفاده می شود ایفا کردند.

اولین کسی که مقیاس دمایی خود را در سال 1714 ارائه کرد، فیزیکدان آلمانی G. Fahrenheit بود. در همان زمان، دمای مخلوط، که شامل برف و آمونیاک بود، به عنوان صفر مطلق، یعنی پایین ترین نقطه در این مقیاس در نظر گرفته شد. شاخص مهم بعدی این بود که با 1000 شروع می شد. بر این اساس، هر تقسیم بندی این مقیاس "درجه فارنهایت" و خود مقیاس "مقیاس فارنهایت" نامیده می شد.

پس از 30 سال، ستاره شناس سوئدی A. Celsius مقیاس دمایی خود را پیشنهاد کرد که در آن نقطه اصلی دمای ذوب یخ و آب بود. این مقیاس "مقیاس سلسیوس" نامیده شد، هنوز هم در اکثر کشورهای جهان از جمله روسیه محبوب است.

در سال 1802، دانشمند فرانسوی J. Gay-Lussac، هنگام انجام آزمایشات معروف خود، کشف کرد که حجم یک جرم گاز در فشار ثابت مستقیماً به دما بستگی دارد. اما عجیب ترین چیز این بود که وقتی دما 10 درجه سانتیگراد تغییر کرد، حجم گاز به همان میزان افزایش یا کاهش یافت. با انجام محاسبات لازم، Gay-Lussac دریافت که این مقدار برابر با 1/273 حجم گاز در دمایی برابر با 0C است.

نتیجه واضحی که از این قانون حاصل می شود: دمایی برابر با 2730- درجه سانتیگراد پایین ترین دما است که حتی نزدیک شدن به آن نیز رسیدن به آن غیرممکن است. این دما را «دمای صفر مطلق» می نامند.

علاوه بر این، صفر مطلق نقطه شروعی برای ایجاد مقیاس دمای مطلق شد، که در آن فیزیکدان انگلیسی دبلیو تامسون، همچنین به عنوان لرد کلوین، مشارکت فعال داشت.

تحقیقات اصلی او مربوط به اثبات این بود که هیچ جسمی در طبیعت نمی تواند زیر صفر مطلق سرد شود. در همان زمان، او به طور فعال از دوم استفاده کرد، بنابراین، مقیاس دمای مطلق معرفی شده توسط او در سال 1848 به عنوان ترمودینامیکی یا "مقیاس کلوین" شناخته شد.

در سالها و دهه های بعدی، تنها اصلاح عددی مفهوم "صفر مطلق" صورت گرفت که پس از توافقات متعدد، شروع به در نظر گرفتن -273.150C کرد.

همچنین شایان ذکر است که صفر مطلق نقش بسیار مهمی در کل این واقعیت دارد که در سال 1960 در کنفرانس عمومی بعدی وزن ها و اندازه ها، واحد دمای ترمودینامیکی - کلوین - به یکی از شش واحد اساسی اندازه گیری تبدیل شد. در همان زمان ، به طور خاص مقرر شد که یک درجه کلوین از نظر عددی برابر با یک است ، فقط در اینجا نقطه مرجع "طبق کلوین" صفر مطلق در نظر گرفته می شود ، یعنی -273.150С.

معنای فیزیکی اصلی صفر مطلق این است که طبق قوانین اولیه فیزیکی، در چنین دمایی، انرژی حرکت ذرات بنیادی مانند اتم ها و مولکول ها برابر با صفر است و در این حالت، هر حرکت آشفته ای از همین ذرات باید متوقف شوند. در دمایی برابر با صفر مطلق، اتم‌ها و مولکول‌ها باید در نقاط اصلی شبکه کریستالی موقعیت واضحی بگیرند و یک سیستم منظم را تشکیل دهند.

در حال حاضر دانشمندان با استفاده از تجهیزات ویژه توانسته اند دمایی را تنها چند میلیونم بالاتر از صفر مطلق به دست آورند. به دلیل قانون دوم ترمودینامیک که در بالا توضیح داده شد، دستیابی به این مقدار از نظر فیزیکی غیرممکن است.

دمای مطلق صفر برابر با 273.15 درجه سانتیگراد زیر صفر، 459.67 زیر صفر فارنهایت است. برای مقیاس دمای کلوین، این دما خود علامت صفر است.

جوهر دمای صفر مطلق

مفهوم صفر مطلق از ذات درجه حرارت ناشی می شود. هر جسمی که در جریان . در این حالت دمای بدن کاهش می یابد، یعنی. انرژی کمتری باقی می ماند از نظر تئوری، این فرآیند می تواند تا زمانی ادامه یابد که مقدار انرژی به حداقلی برسد که بدن دیگر نتواند آن را از دست بدهد.
منادی دور از چنین ایده ای را می توان در M.V. Lomonosov یافت. دانشمند بزرگ روسی گرما را با حرکت چرخشی توضیح داد. بنابراین، درجه محدود خنک کننده توقف کامل چنین حرکتی است.

بر اساس مفاهیم مدرن، دمای صفر مطلق است که در آن مولکول ها کمترین سطح انرژی ممکن را داشته باشند. با انرژی کمتر، یعنی در دمای پایین تر، هیچ جسم فیزیکی نمی تواند وجود داشته باشد.

تئوری و عمل

دمای صفر مطلق یک مفهوم تئوری است، دستیابی به آن در عمل، در اصل، حتی در شرایط آزمایشگاه های علمی با پیشرفته ترین تجهیزات غیرممکن است. اما دانشمندان موفق می شوند ماده را تا دمای بسیار پایین خنک کنند که نزدیک به صفر مطلق است.

در چنین دماهایی، مواد دارای خواص شگفت انگیزی هستند که در شرایط عادی نمی توانند داشته باشند. جیوه که به دلیل حالت نزدیک به مایع خود "نقره زنده" نامیده می شود، در این دما جامد می شود، تا جایی که می تواند میخ ها را چکش کند. برخی از فلزات مانند شیشه شکننده می شوند. لاستیک به همان اندازه سخت می شود. اگر یک جسم لاستیکی در دمای نزدیک به صفر مطلق با چکش مورد اصابت قرار گیرد، مانند شیشه می شکند.

چنین تغییری در خواص با ماهیت گرما نیز مرتبط است. هر چه دمای جسم فیزیکی بالاتر باشد، حرکت مولکول‌ها شدیدتر و آشفته‌تر می‌شود. با کاهش دما، شدت حرکت کمتر می شود و ساختار منظم تر می شود. بنابراین گاز به مایع تبدیل می شود و مایع تبدیل به جامد می شود. سطح محدود کننده نظم ساختار کریستالی است. در دماهای بسیار پایین، حتی توسط موادی که در حالت عادی بی شکل می مانند، به عنوان مثال، لاستیک به دست می آید.

پدیده های جالبی در مورد فلزات رخ می دهد. اتم های شبکه کریستالی با دامنه کمتری ارتعاش می کنند، پراکندگی الکترون ها کاهش می یابد، بنابراین مقاومت الکتریکی کاهش می یابد. این فلز ابررسانایی پیدا می کند که کاربرد عملی آن بسیار وسوسه انگیز به نظر می رسد، اگرچه دستیابی به آن دشوار است.

منابع:

لیوانوا A. دماهای پایین، صفر مطلق و مکانیک کوانتومی

بدن- این یکی از مفاهیم اساسی در فیزیک است که به معنای شکل وجود ماده یا جوهر است. این یک جسم مادی است که با حجم و جرم و گاهی اوقات با پارامترهای دیگر مشخص می شود. بدن فیزیکی به وضوح با یک مرز از اجسام دیگر جدا می شود. چندین نوع خاص از اجسام فیزیکی وجود دارد، شمارش آنها نباید به عنوان یک طبقه بندی درک شود.

در مکانیک، یک جسم فیزیکی اغلب به عنوان یک نقطه مادی درک می شود. این نوعی انتزاع است که خاصیت اصلی آن این است که می توان از ابعاد واقعی بدن برای حل یک مشکل خاص غافل شد. به عبارت دیگر، نقطه مادی، جسم بسیار خاصی است که دارای ابعاد، شکل و سایر مشخصات مشابه است، اما برای حل مشکل موجود اهمیتی ندارند. به عنوان مثال، اگر شما نیاز به شمارش یک شی در بخش خاصی از مسیر دارید، می توانید هنگام حل مشکل، طول آن را کاملا نادیده بگیرید. نوع دیگری از اجسام فیزیکی که توسط مکانیک مورد توجه قرار می گیرد، جسم کاملاً صلب است. مکانیک چنین جسمی دقیقاً مشابه مکانیک یک نقطه مادی است، اما علاوه بر آن خواص دیگری نیز دارد. یک جسم کاملاً صلب از نقاط تشکیل شده است، اما نه فاصله بین آنها و نه توزیع جرم تحت بارهایی که بدن تحت آن قرار می گیرد، تغییر نمی کند. این بدان معنی است که نمی توان آن را تغییر شکل داد. برای تعیین موقعیت یک جسم کاملاً صلب، کافی است سیستم مختصات متصل به آن، معمولاً دکارتی را تنظیم کنید. در بیشتر موارد، مرکز جرم مرکز سیستم مختصات نیز می باشد. جسم کاملاً صلب وجود ندارد ، اما چنین انتزاعی برای حل بسیاری از مسائل بسیار راحت است ، اگرچه در مکانیک نسبیتی در نظر گرفته نمی شود ، زیرا در طول حرکاتی که سرعت آنها با سرعت نور قابل مقایسه است ، این مدل تضادهای درونی را نشان می دهد. نقطه مقابل یک جسم کاملاً صلب، یک جسم تغییر شکل پذیر است که می توانند نسبت به یکدیگر جابجا شوند. در شاخه های دیگر فیزیک انواع خاصی از اجسام فیزیکی وجود دارد. به عنوان مثال در ترمودینامیک مفهوم یک جسم کاملا مشکی مطرح شده است. این یک مدل ایده آل است، یک جسم فیزیکی که کاملاً تمام تشعشعات الکترومغناطیسی را که بر روی آن می افتد جذب می کند. در عین حال، خود ممکن است تابش الکترومغناطیسی تولید کند و هر رنگی داشته باشد. نمونه ای از جسمی که از نظر خصوصیات به جسم کاملاً سیاه نزدیک است، خورشید است. اگر از موادی استفاده کنیم که فراتر از زمین گسترده هستند، آنگاه می‌توانیم دوده را به یاد بیاوریم که 99 درصد از آنچه روی آن می‌افتد را جذب می‌کند، به جز مادون قرمز، که در جذب بسیار بدتر است.

ویدیو های مرتبط

صفر مطلق مربوط به دمای -273.15 درجه سانتیگراد است.

اعتقاد بر این است که صفر مطلق در عمل دست نیافتنی است. وجود و موقعیت آن در مقیاس دما از برون یابی پدیده های فیزیکی مشاهده شده ناشی می شود، در حالی که چنین برون یابی نشان می دهد که در صفر مطلق، انرژی حرکت حرارتی مولکول ها و اتم های یک ماده باید برابر با صفر باشد، یعنی حرکت آشفته ذرات متوقف می شود و آنها ساختار منظمی را تشکیل می دهند و موقعیت واضحی را در گره های شبکه کریستالی اشغال می کنند. با این حال، در واقع، حتی در دمای صفر مطلق، حرکات منظم ذرات تشکیل دهنده ماده باقی خواهد ماند. نوسانات باقی مانده، مانند ارتعاشات نقطه صفر، به دلیل خواص کوانتومی ذرات و خلاء فیزیکی است که آنها را احاطه کرده است.

در حال حاضر، آزمایشگاه‌های فیزیکی توانسته‌اند دمای بیش از صفر مطلق را تنها چند میلیونم درجه به دست آورند. دستیابی به آن با توجه به قوانین ترمودینامیک غیرممکن است.

یادداشت

ادبیات

جی. برمین. طوفان صفر مطلق - م .: "ادبیات کودکان"، 1983.

همچنین ببینید

بنیاد ویکی مدیا 2010 .

ببینید "صفر مطلق" در سایر لغت نامه ها چیست:

صفر مطلق، دمایی که در آن تمام اجزای یک سیستم کمترین مقدار انرژی مجاز را توسط قوانین مکانیک کوانتومی دارند. صفر در مقیاس دمای کلوین، یا 273.15 درجه سانتیگراد (459.67 درجه فارنهایت). در این دما ... فرهنگ دانشنامه علمی و فنی

دما حداقل حد دمایی است که یک جسم فیزیکی می تواند داشته باشد. صفر مطلق نقطه شروع یک مقیاس دمای مطلق است، مانند مقیاس کلوین. در مقیاس سلسیوس، صفر مطلق مربوط به دمای -273 ... ویکی پدیا

دمای صفر مطلق- منشا مقیاس دمای ترمودینامیکی؛ واقع در 273.16 K (Kelvin) در زیر آب (نگاه کنید به)، i.e. برابر با 273.16 درجه سانتیگراد (سانتیگراد). صفر مطلق پایین ترین درجه حرارت در طبیعت و تقریبا غیر قابل دستیابی است... دایره المعارف بزرگ پلی تکنیک

این حداقل دمایی است که یک جسم فیزیکی می تواند داشته باشد. صفر مطلق نقطه شروع یک مقیاس دمای مطلق است، مانند مقیاس کلوین. در مقیاس سلسیوس، صفر مطلق مربوط به دمای -273.15 درجه سانتیگراد است. ... ... ویکی پدیا

دمای صفر مطلق حداقل حد دمایی است که یک جسم فیزیکی می تواند داشته باشد. صفر مطلق نقطه شروع یک مقیاس دمای مطلق است، مانند مقیاس کلوین. در مقیاس سلسیوس، صفر مطلق مربوط به ... ... ویکی پدیا است

رازگ بی توجهی یک آدم بی اهمیت، بی اهمیت. FSRYA, 288; BTS، 24; ZS 1996, 33 ...

صفر- صفر مطلق … فرهنگ لغت اصطلاحات روسی

صفر و صفر n.، m.، استفاده کنید. مقایسه اغلب مورفولوژی: (نه) چی؟ صفر و صفر، چرا؟ صفر و صفر، (ببینید) چیست؟ صفر و صفر، چی؟ صفر و صفر، در مورد چی؟ حدود صفر، صفر؛ pl. چی؟ صفر و صفر، (نه) چی؟ صفر و صفر، چرا؟ صفر و صفر، (می بینم) ... ... فرهنگ لغت دمیتریف

صفر مطلق (صفر). رازگ بی توجهی یک آدم بی اهمیت، بی اهمیت. FSRYA, 288; BTS، 24; ZS 1996، 33 به صفر. 1. جارگ. میگویند شاتل. اهن. در مورد مسمومیت شدید یوگانوف، 471; Vakhitov 2003, 22. 2. Jarg. موسیقی دقیقا مطابق با ...... فرهنگ لغت بزرگ گفته های روسی

مطلق- پوچی مطلق اقتدار مطلق بی عیب مطلق مطلق بی عیب و نقص مطلق داستان مطلق مصونیت مطلق رهبر مطلق حداقل پادشاه مطلق اخلاق مطلق مطلق صفر ... ... فرهنگ لغت اصطلاحات روسی

کتاب ها

صفر مطلق، پاول مطلق. عمر همه مخلوقات دانشمند دیوانه نژاد نس بسیار کوتاه است. اما آزمایش بعدی شانس وجود دارد. چه چیزی در انتظار اوست؟...

صفر مطلق مربوط به دمای -273.15 درجه سانتیگراد است.

یادداشت

ادبیات

جی. برمین. طوفان صفر مطلق - م .: "ادبیات کودکان"، 1983.

همچنین ببینید

بنیاد ویکی مدیا 2010 .

مترادف ها:

ببینید "صفر مطلق" در سایر لغت نامه ها چیست:

دماها، مبدأ دما در مقیاس دمای ترمودینامیکی (به مقیاس دمای ترمودینامیکی مراجعه کنید). صفر مطلق 273.16 درجه سانتیگراد زیر دمای نقطه سه گانه (نقطه سه گانه) آب قرار دارد که برای آن ... ... فرهنگ لغت دایره المعارفی

دماها، مبدأ دما در مقیاس دمایی ترمودینامیکی. صفر مطلق 273.16 درجه سانتیگراد زیر دمای نقطه سه گانه آب (0.01 درجه سانتیگراد) قرار دارد. صفر مطلق اساساً دست نیافتنی است، دما عملاً رسیده است، ... ... دایره المعارف مدرن

دماها مبدا خواندن دما در مقیاس دمای ترمودینامیکی هستند. صفر مطلق 273.16.C زیر دمای نقطه سه گانه آب قرار دارد که برای آن مقدار 0.01.C پذیرفته شده است. صفر مطلق اساساً دست نیافتنی است (نگاه کنید به ... ... فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

دمای بیانگر عدم وجود گرما 218 درجه سانتیگراد است. فرهنگ لغت کلمات خارجی موجود در زبان روسی. Pavlenkov F., 1907. دمای صفر مطلق (فیزیک) - کمترین دمای ممکن (273.15 درجه سانتیگراد). فرهنگ لغت بزرگ...... فرهنگ لغت کلمات خارجی زبان روسی

صفر مطلق- دمای بسیار پایینی که در آن حرکت حرارتی مولکول ها متوقف می شود، در مقیاس کلوین صفر مطلق (0 درجه کلوین) برابر با 01/0 ± 16/273- درجه سانتی گراد است. فرهنگ لغت جغرافیا

موجود، تعداد مترادف ها: 15 دور صفر (8) مرد کوچولو (32) بچه ماهی کوچک ... فرهنگ لغت مترادف

دمای بسیار پایین که در آن حرکت حرارتی مولکول ها متوقف می شود. فشار و حجم گاز ایده آل بر اساس قانون بویل ماریوت برابر با صفر می شود و نقطه مرجع برای دمای مطلق در مقیاس کلوین ... ... فرهنگ لغت زیست محیطی

صفر مطلق- - [A.S. Goldberg. فرهنگ لغت انرژی انگلیسی روسی. 2006] موضوعات انرژی به طور کلی EN نقطه صفر … کتابچه راهنمای مترجم فنی

نقطه مرجع دمای مطلق مربوط به 273.16 درجه سانتیگراد است. در حال حاضر در آزمایشگاه های فیزیکی می توان دمایی بیش از صفر مطلق را تنها چند میلیونم درجه به دست آورد، اما برای رسیدن به آن طبق قوانین ... ... دایره المعارف کولیر

صفر مطلق- absoliutusis nulis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Termodinaminės temperatūros atskaitos pradžia, esanti 273.16 K žemiau vandens trigubojo taško. تای 273.16 درجه سانتیگراد، 459.69 درجه فارنهایت اربا 0 درجه حرارت. atitikmenys: انگلیسی…… Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

صفر مطلق- absoliutusis nulis statusas T sritis chemija apibrėžtis Kelvino skalės nulis (-273.16 درجه سانتیگراد). atitikmenys: انگلیسی. روس صفر مطلق صفر مطلق... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas