Zero absolut. Temperatura zero absolut este punctul în care se oprește mișcarea moleculară.

Zero absolut (zero absolut) - începutul temperaturii absolute, începând de la 273,16 K sub punctul triplu al apei (punctul de echilibru a trei faze - gheață, apă și vapori de apă); La zero absolut, mișcarea moleculelor se oprește și ele sunt într-o stare de mișcare „zero”. Sau: temperatura cea mai scăzută la care o substanță nu conține energie termică.

Zero absolut start citirea temperaturii absolute. Corespunde la –273,16 °C. În prezent, în laboratoarele de fizică s-a putut obține o temperatură care depășește zero absolut cu doar câteva milionimi de grad, dar conform legilor termodinamicii, este imposibil de realizat. La zero absolut, sistemul ar fi într-o stare cu cea mai mică energie posibilă (în această stare, atomii și moleculele ar efectua vibrații „zero”) și ar avea entropie zero (zero tulburare). Volumul unui gaz ideal în punctul zero absolut trebuie să fie egal cu zero, iar pentru a determina acest punct, volumul de gaz heliu real este măsurat la secvenţial coborând temperatura până când se lichefiază la presiune scăzută (-268,9 ° C) și se extrapolează la temperatura la care volumul de gaz în absența lichefierii ar deveni zero. Temperatura absolută termodinamic scara se măsoară în kelvin, notat cu simbolul K. Absolut termodinamic scara și scara Celsius sunt pur și simplu compensate una de cealaltă și sunt legate prin raportul K = °C + 273,16 °.

Poveste

Cuvântul „temperatură” a apărut în acele zile când oamenii credeau că corpurile mai încălzite conțineau o cantitate mai mare de substanță specială - calorică - decât cele mai puțin încălzite. Prin urmare, temperatura a fost percepută ca puterea unui amestec de materie corporală și calorică. Din acest motiv, unitățile de măsură ale tăriei băuturilor alcoolice și ale temperaturii se numesc aceleași - grade.

Deoarece temperatura este energia cinetică a moleculelor, este clar că este cel mai natural să o măsuram în unități de energie (adică în sistemul SI în jouli). Cu toate acestea, măsurarea temperaturii a început cu mult înainte de crearea teoriei cinetice moleculare, astfel încât scalele practice măsoară temperatura în unități convenționale - grade.

scara Kelvin

Termodinamica folosește scara Kelvin, în care temperatura este măsurată de la zero absolut (starea corespunzătoare energiei interne minime teoretic posibile a unui corp), iar un kelvin este egal cu 1/273,16 din distanța de la zero absolut la punctul triplu al apă (starea în care perechile de gheață, apă și apă sunt în echilibru). Constanta lui Boltzmann este folosită pentru a converti kelvinii în unități de energie. Se mai folosesc unități derivate: kilokelvin, megakelvin, millikelvin etc.

Celsius

În viața de zi cu zi se folosește scara Celsius, în care 0 este punctul de îngheț al apei, iar 100° este punctul de fierbere al apei la presiunea atmosferică. Deoarece punctele de îngheț și de fierbere ale apei nu sunt bine definite, scala Celsius este definită în prezent folosind scala Kelvin: un grad Celsius este egal cu un kelvin, zero absolut este considerat a fi -273,15 °C. Scara Celsius este practic foarte convenabilă deoarece apa este foarte comună pe planeta noastră și viața noastră se bazează pe ea. Zero Celsius este un punct special pentru meteorologie, deoarece înghețarea apei atmosferice schimbă totul în mod semnificativ.

Fahrenheit

In Anglia si mai ales in SUA se foloseste scara Fahrenheit. Această scară împarte intervalul de la temperatura celei mai reci ierni din orașul în care a trăit Fahrenheit la temperatura corpului uman în 100 de grade. Zero grade Celsius este 32 de grade Fahrenheit, iar un grad Fahrenheit este egal cu 5/9 grade Celsius.

Definiția actuală a scalei Fahrenheit este următoarea: este o scară de temperatură în care 1 grad (1 °F) este egal cu 1/180 din diferența dintre punctul de fierbere al apei și temperatura de topire a gheții la presiunea atmosferică și punctul de topire al gheții este de +32 °F. Temperatura de pe scara Fahrenheit este legată de temperatura de pe scara Celsius (t °C) prin raportul t °C = 5/9 (t °F – 32), 1 °F = 5/9 °C. Propus de G. Fahrenheit în 1724.

Scara Reaumur

Propus în 1730 de R. A. Reaumur, care a descris termometrul cu alcool pe care l-a inventat.

Unitatea este gradul Reaumur (°R), 1 °R este egal cu 1/80 din intervalul de temperatură dintre punctele de referință - temperatura de topire a gheții (0 °R) și punctul de fierbere al apei (80 °R)

1 °R = 1,25 °C.

În prezent, cântarul a căzut din uz; a supraviețuit cel mai mult în Franța, patria autorului.

Compararea scalelor de temperatură

Temperatura normală a corpului uman este de 36,6 °C ±0,7 °C sau 98,2 °F ±1,3 °F. Valoarea obișnuită de 98,6 °F este o conversie exactă în Fahrenheit a valorii germane din secolul al XIX-lea de 37 °C. Deoarece această valoare nu se află în intervalul de temperatură normală conform conceptelor moderne, putem spune că conține o acuratețe excesivă (incorectă). Unele valori din acest tabel au fost rotunjite.

Comparație între scalele Fahrenheit și Celsius

(de- scara Fahrenheit, oC- scara Celsius)

Pentru a converti grade Celsius în Kelvin, trebuie să utilizați formula T=t+T 0 unde T este temperatura în kelvin, t este temperatura în grade Celsius, T 0 =273,15 kelvin. Mărimea unui grad Celsius este egală cu un kelvin.

> zero absolut

Aflați cu ce este egal temperatura zero absolutși valoarea entropiei. Aflați care este temperatura lui zero absolut pe scara Celsius și Kelvin.

Zero absolut– temperatura minima. Acesta este punctul în care entropia atinge cea mai mică valoare.

Obiectiv de învățare

• Înțelegeți de ce zeroul absolut este un indicator natural al punctului zero.

Punctele principale

• Zero absolut este universal, adică toată materia este în starea fundamentală la acest indicator.
• K are energie mecanică cuantică zero. Dar, în interpretare, energia cinetică poate fi zero, iar energia termică dispare.
• Cea mai scăzută temperatură în condiții de laborator a ajuns la 10-12 K. Temperatura minimă naturală a fost de 1 K (expansiunea gazelor în Nebuloasa Boomerang).

Termeni

• Entropia este o măsură a modului în care energia uniformă este distribuită într-un sistem.
• Termodinamica este o ramură a științei care studiază căldura și relația acesteia cu energia și munca.

Zero absolut este temperatura minimă la care entropia atinge cea mai mică valoare. Adică, acesta este cel mai mic indicator care poate fi observat în sistem. Acesta este un concept universal și acționează ca punct zero în sistemul de unități de temperatură.

Graficul presiunii în funcție de temperatură pentru diferite gaze cu volum constant. Rețineți că toate graficele extrapolează la presiune zero la o temperatură

Un sistem la zero absolut este încă dotat cu energie mecanică cuantică a punctului zero. Conform principiului incertitudinii, poziția particulelor nu poate fi determinată cu acuratețe absolută. Dacă o particulă este deplasată la zero absolut, aceasta are totuși o rezervă minimă de energie. Dar în termodinamica clasică, energia cinetică poate fi zero, iar energia termică dispare.

Punctul zero al unei scale termodinamice, cum ar fi Kelvin, este egal cu zero absolut. Acordul internațional a stabilit că temperatura zero absolut atinge 0K pe scara Kelvin și -273,15°C pe scara Celsius. Substanța prezintă efecte cuantice la temperaturi minime, cum ar fi supraconductivitate și superfluiditate. Cea mai scăzută temperatură în condiții de laborator a fost de 10-12 K, iar în mediul natural - 1 K (expansiunea rapidă a gazelor în Nebuloasa Boomerang).

Expansiunea rapidă a gazelor duce la temperatura minimă observată

Temperatura zero absolut

Temperatura zero absolut(mai rar - temperatura zero absolut) - limita minimă de temperatură pe care o poate avea un corp fizic din Univers. Zero absolut servește ca origine a unei scale de temperatură absolută, cum ar fi scara Kelvin. În 1954, a X-a Conferință Generală pentru Greutăți și Măsuri a stabilit o scară de temperatură termodinamică cu un punct de referință - punctul triplu al apei, a cărui temperatură a fost considerată ca fiind de 273,16 K (exact), ceea ce corespunde la 0,01 °C, astfel încât pe scara Celsius temperatura corespunde cu zero absolut -273,15 °C.

Fenomene observate aproape de zero absolut

La temperaturi apropiate de zero absolut, la nivel macroscopic pot fi observate efecte pur cuantice, cum ar fi:

Note

Literatură

• G. Burmin. Asalt la zero absolut. - M.: „Literatura pentru copii”, 1983

Vezi si

Fundația Wikimedia. 2010.

• Goering
• Kshapanaka

Vedeți ce înseamnă „Temperatura zero absolut” în alte dicționare:

TEMPERATURA ZERO ABSOLUT- punct de referință termodinamic. temperatură; situat la 273,16 K sub temperatura punctului triplu (0,01 °C) a apei (273,15 °C temperatura sub zero pe scara Celsius, (vezi SCALE DE TEMPERATURĂ). Existența unei scale de temperatură termodinamică și A. n. T.… … Enciclopedie fizică

temperatura zero absolut- începutul citirii temperaturii absolute pe scala de temperatură termodinamică. Zero absolut este situat la 273,16 °C sub temperatura punctului triplu a apei, care se presupune că este de 0,01 °C. Temperatura zero absolut este fundamental de neatins... ... Dicţionar enciclopedic

temperatura zero absolut- 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 și branduolinės technikos terminų žodynas

Temperatura zero absolut- citirea inițială pe scara Kelvin este o temperatură negativă de 273,16 grade pe scara Celsius... Începuturile științelor naturale moderne

ZERO ABSOLUT- temperatura, începutul citirii temperaturii pe scala de temperatură termodinamică. Zero absolut este situat la 273,16°C sub temperatura punctului triplu al apei (0,01°C). Zero absolut este fundamental de neatins, temperaturile aproape au fost atinse... ... Enciclopedie modernă

ZERO ABSOLUT- temperatura este punctul de pornire al temperaturii pe scala de temperatură termodinamică. Zero absolut este situat la 273,16.C sub temperatura punctului triplu al apei, pentru care valoarea este de 0,01.C. Zero absolut este fundamental de neatins (vezi... ... Dicţionar enciclopedic mare

ZERO ABSOLUT- temperatura, care exprimă absența căldurii, este egală cu 218 ° C. Dicționar de cuvinte străine incluse în limba rusă. Pavlenkov F., 1907. temperatura zero absolută (fizică) - cea mai scăzută temperatură posibilă (273,15°C). mare dictionar...... Dicționar de cuvinte străine ale limbii ruse

ZERO ABSOLUT- temperatura, începutul temperaturii pe scara de temperatură termodinamică (vezi SCALA DE TEMPERATURĂ TERMODINAMICĂ). Zero absolut este situat la 273,16 °C sub temperatura punctului triplu (vezi PUNCT TRIPLU) al apei, pentru care este acceptat ... ... Dicţionar enciclopedic

ZERO ABSOLUT- temperatura extrem de scăzută la care se oprește mișcarea termică a moleculelor. Presiunea și volumul unui gaz ideal, conform legii lui Boyle-Mariotte, devin egale cu zero, iar începutul temperaturii absolute pe scara Kelvin este considerat a fi... ... Dicționar ecologic

ZERO ABSOLUT- începutul numărării temperaturii absolute. Corespunde la 273,16° C. În prezent, în laboratoarele de fizică s-a putut obține o temperatură care depășește zero absolut cu doar câteva milionimi de grad și să se realizeze, conform legilor... ... Enciclopedia lui Collier

Temperatura limită la care volumul unui gaz ideal devine egal cu zero este considerată temperatură zero absolută. Cu toate acestea, volumul gazelor reale la temperatura zero absolută nu poate dispărea. Are sens această limită de temperatură atunci?

Temperatura limită, a cărei existență decurge din legea Gay-Lussac, are sens, deoarece este practic posibil să se apropie proprietățile unui gaz real de proprietățile unuia ideal. Pentru a face acest lucru, trebuie să luați un gaz din ce în ce mai rarefiat, astfel încât densitatea acestuia să tinde spre zero. Într-adevăr, pe măsură ce temperatura scade, volumul unui astfel de gaz va tinde spre limită, aproape de zero.

Să găsim valoarea zero absolut pe scara Celsius. Echivalarea volumului VV formula (3.6.4) zero și ținând cont de faptul că

Prin urmare, temperatura zero absolut este

* Valoare zero absolută mai precisă: -273,15 °C.

Aceasta este temperatura extremă, cea mai scăzută din natură, acel „cel mai mare sau ultim grad de frig”, a cărui existență a prezis-o Lomonosov.

scara Kelvin

Kelvin William (Thomson W.) (1824-1907) - un fizician englez remarcabil, unul dintre fondatorii termodinamicii și ai teoriei cinetice moleculare a gazelor.

Kelvin a introdus scala de temperatură absolută și a dat una dintre formulările celei de-a doua legi a termodinamicii sub forma imposibilității de a transforma complet căldura în muncă. El a calculat dimensiunea moleculelor pe baza măsurării energiei de suprafață a lichidului. În legătură cu așezarea cablului telegrafic transatlantic, Kelvin a dezvoltat teoria oscilațiilor electromagnetice și a derivat o formulă pentru perioada de oscilații libere într-un circuit. Pentru realizările sale științifice, W. Thomson a primit titlul de Lord Kelvin.

Omul de știință englez W. Kelvin a introdus scala temperaturii absolute. Temperatura zero pe scara Kelvin corespunde cu zero absolut, iar unitatea de temperatură de pe această scară este egală cu un grad pe scara Celsius, deci temperatura absolută T este legată de temperatura pe scara Celsius prin formula

(3.7.6)

Figura 3.11 prezintă scara absolută și scara Celsius pentru comparație.

Unitatea SI a temperaturii absolute se numeste kelvin (prescurtat K). Prin urmare, un grad pe scara Celsius este egal cu un grad pe scara Kelvin: 1 °C = 1 K.

Astfel, temperatura absolută, conform definiției date de formula (3.7.6), este o mărime derivată care depinde de temperatura Celsius și de valoarea determinată experimental a lui a. Cu toate acestea, este de o importanță fundamentală.

Din punctul de vedere al teoriei cinetice moleculare, temperatura absolută este legată de energia cinetică medie a mișcării haotice a atomilor sau moleculelor. La T = O K se oprește mișcarea termică a moleculelor. Acest lucru va fi discutat mai detaliat în capitolul 4.

Dependența volumului de temperatura absolută

Folosind scara Kelvin, legea lui Gay-Lussac (3.6.4) poate fi scrisă într-o formă mai simplă. Deoarece

(3.7.7)

Volumul unui gaz cu o masă dată la presiune constantă este direct proporțional cu temperatura absolută.

Rezultă că raportul dintre volumele de gaz de aceeași masă în diferite stări la aceeași presiune este egal cu raportul temperaturilor absolute:

(3.7.8)

Există o temperatură minimă posibilă la care volumul (și presiunea) unui gaz ideal dispare. Aceasta este temperatura zero absolută:-273 °C. Este convenabil să numărați temperatura de la zero absolut. Acesta este modul în care este construită scala temperaturii absolute.

Unde crezi că este cel mai rece loc din Universul nostru? Astăzi acesta este Pământul. De exemplu, temperatura de suprafață a Lunii este de -227 de grade Celsius, iar temperatura vidului care ne înconjoară este de 265 de grade sub zero. Cu toate acestea, într-un laborator de pe Pământ, o persoană poate atinge temperaturi mult mai scăzute pentru a studia proprietățile materialelor la temperaturi foarte scăzute. Materialele, atomii individuali și chiar lumina, supuse unei răciri extreme, încep să prezinte proprietăți neobișnuite.

Primul experiment de acest fel a fost realizat la începutul secolului al XX-lea de către fizicieni care au studiat proprietățile electrice ale mercurului la temperaturi foarte scăzute. La -262 de grade Celsius, mercurul începe să prezinte proprietăți supraconductoare, reducând rezistența la curentul electric la aproape zero. Experimentele ulterioare au dezvăluit și alte proprietăți interesante ale materialelor răcite, inclusiv superfluiditatea, care se exprimă în „scurgerile” de materie prin partiții solide și din containere închise.

Știința a determinat cea mai scăzută temperatură posibilă - minus 273,15 grade Celsius, dar practic o astfel de temperatură este de neatins. În practică, temperatura este o măsură aproximativă a energiei conținute într-un obiect, așa că zero absolut indică faptul că corpul nu emite nimic și nicio energie nu poate fi extrasă din acel obiect. Dar, în ciuda acestui fapt, oamenii de știință încearcă să se apropie cât mai mult de temperatura zero absolut, recordul actual a fost stabilit în 2003 în laboratorul Institutului de Tehnologie din Massachusetts. Oamenii de știință sunt cu doar 810 de miliarde de grad mai puțin de zero absolut. Au răcit un nor de atomi de sodiu, ținuți în loc de un câmp magnetic puternic.

S-ar părea - care este sensul practic al unor astfel de experimente? Se pare că cercetătorii sunt interesați de un astfel de concept precum un condensat Bose-Einstein, care este o stare specială a materiei - nu un gaz, solid sau lichid, ci pur și simplu un nor de atomi cu aceeași stare cuantică. Această formă a substanței a fost prezisă de Einstein și fizicianul indian Satyendra Bose în 1925 și a fost obținută doar 70 de ani mai târziu. Unul dintre oamenii de știință care a atins această stare a materiei este Wolfgang Ketterle, care a primit Premiul Nobel pentru Fizică pentru descoperirea sa.

Una dintre proprietățile remarcabile ale condensului Bose-Einstein (BEC) este capacitatea de a controla mișcarea razelor de lumină. În vid, lumina se deplasează cu o viteză de 300.000 km pe secundă, iar aceasta este viteza maximă care poate fi atinsă în Univers. Dar lumina poate călători mai încet dacă călătorește prin materie, mai degrabă decât în ​​vid. Cu ajutorul KBE, puteți încetini mișcarea luminii la viteze mici și chiar o puteți opri. Datorită temperaturii și densității condensului, emisia de lumină este încetinită și poate fi „captată” și transformată direct în curent electric. Acest curent poate fi transferat într-un alt nor CBE și convertit înapoi în radiație luminoasă. Această capacitate este foarte solicitată în telecomunicații și calcul. Aici nu înțeleg puțin - până la urmă, dispozitivele care convertesc undele luminoase în electricitate și invers DEJA există... Aparent, utilizarea CBE permite ca această conversie să fie efectuată mai rapid și mai precis.

Unul dintre motivele pentru care oamenii de știință sunt atât de dornici să obțină zero absolut este încercarea de a înțelege ce se întâmplă și s-a întâmplat cu Universul nostru, ce legile termodinamice se aplică în el. În același timp, cercetătorii înțeleg că extragerea până la urmă a întregii energie dintr-un atom este practic de neatins.