Apsolutna nula i njeno fizičko značenje. Zašto ne možemo postići apsolutnu nulu temperature? Apsolutna nulta temperatura

Apsolutna nula odgovara temperaturi od -273,15 °C.

Smatra se da je apsolutna nula nedostižna u praksi. Njegovo postojanje i položaj na temperaturnoj skali proizilazi iz ekstrapolacije posmatranog fizičke pojave, dok takva ekstrapolacija pokazuje da bi pri apsolutnoj nuli energija toplotnog kretanja molekula i atoma supstance trebala biti jednaka nuli, odnosno haotično kretanje čestica prestaje i one formiraju uređenu strukturu koja zauzima jasnu poziciju na čvorovi kristalne rešetke. Međutim, u stvari, čak i na temperaturi apsolutne nule, ostat će pravilna kretanja čestica koje čine materiju. Preostale oscilacije, kao što su oscilacije nulte tačke, nastaju zbog kvantnih svojstava čestica i fizičkog vakuuma koji ih okružuje.

Trenutno je u fizičkim laboratorijama moguće dobiti temperature koje prelaze apsolutnu nulu za samo nekoliko milionitih delova stepena; postići ga sam, prema zakonima termodinamike, nemoguće je.

Bilješke

Književnost

  • G. Burmin. Napad na apsolutnu nulu. - M.: "Dječija književnost", 1983.

vidi takođe

Wikimedia Foundation. 2010.

Sinonimi:

Pogledajte šta je "apsolutna nula" u drugim rječnicima:

    Temperature, porijeklo temperature na termodinamičkoj temperaturnoj skali (vidi SKALU TERMODINAMIČKE TEMPERATURE). Apsolutna nula nalazi 273,16 °C ispod temperature trostruke tačke (vidi TROJNA TAČKA) vode, za koju je prihvaćeno ... ... enciklopedijski rječnik

    Temperature, porijeklo temperature na termodinamičkoj temperaturnoj skali. Apsolutna nula nalazi se 273,16°C ispod temperature trostruke tačke vode (0,01°C). Apsolutna nula je u osnovi nedostižna, temperature su skoro dostignute... ... Moderna enciklopedija

    Temperature su polazna tačka za temperaturu na termodinamičkoj temperaturnoj skali. Apsolutna nula nalazi se na 273.16.C ispod temperature trostruke tačke vode, za koju je vrijednost 0.01.C. Apsolutna nula je u osnovi nedostižna (vidi ... ... Veliki enciklopedijski rječnik

    Temperatura koja izražava odsustvo toplote je 218° C. Rečnik strane reči, uključeno u ruski jezik. Pavlenkov F., 1907. temperatura apsolutne nule (fizička) - najniža moguća temperatura (273,15°C). Veliki rječnik… … Rečnik stranih reči ruskog jezika

    apsolutna nula- Ekstremno niska temperatura na kojoj se zaustavlja termičko kretanje molekula; na Kelvinovoj skali apsolutna nula (0°K) odgovara –273,16±0,01°C... Geografski rječnik

    Imenica, broj sinonima: 15 okruglih nula (8) mali čovjek (32) sitna pržica ... Rečnik sinonima

    Ekstremno niska temperatura na kojoj se zaustavlja termičko kretanje molekula. Pritisak i zapremina idealnog gasa, prema Boyle-Mariotteovom zakonu, postaje jednaka nuli, a početak apsolutne temperature na Kelvinovoj skali se uzima kao ... ... Ekološki rječnik

    apsolutna nula- - [A.S. Goldberg. Englesko-ruski energetski rječnik. 2006] Energetske teme općenito EN nulta tačka ... Vodič za tehnički prevodilac

    Početak apsolutne referentne temperature. Odgovara 273,16° C. Trenutno je u fizičkim laboratorijama moguće dobiti temperaturu koja prelazi apsolutnu nulu za samo nekoliko milionitih delova stepena, i postići je, prema zakonima... ... Collier's Encyclopedia

    apsolutna nula- absoliutusis nulis statusas T sritis Standardizacija ir metrologija apibrėžtis Termodinaminės temperatūros atskaitos pradžia, esanti 273,16 K žemiau vandens trigubojo taško. Tai 273,16 °C, 459,69 °F pri 0 K temperatūra. atitikmenys: engl.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

    apsolutna nula- absoliutusis nulis statusas T sritis chemija apibrėžtis Kelvino skalės nulis (−273,16 °C). atitikmenys: engl. apsolutna nula rus. apsolutna nula... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Granična temperatura pri kojoj zapremina idealnog gasa postaje jednaka nuli se uzima kao apsolutna nula temperatura.

Nađimo vrijednost apsolutne nule na Celzijusovoj skali.
Izjednačavanje zapremine V u formuli (3.1) nula i uzimajući to u obzir

.

Stoga je apsolutna nula temperatura

t= –273 °C. 2

Ovo je ekstremna, najniža temperatura u prirodi, taj „najveći ili poslednji stepen hladnoće“, čije je postojanje predvideo Lomonosov.

Najviše temperature na Zemlji - stotine miliona stepeni - dobijaju se tokom eksplozija termonuklearnih bombi. Čak više visoke temperature karakterističan za unutrašnje oblasti nekih zvezda.

2Tačnija vrijednost apsolutne nule: –273,15 °C.

Kelvinova skala

Uveo je engleski naučnik W. Kelvin apsolutna skala temperature Nulta temperatura na Kelvinovoj skali odgovara apsolutnoj nuli, a jedinica temperature na ovoj skali jednaka je stepenu na Celzijusovoj skali, tako da apsolutna temperatura T se formulom odnosi na temperaturu na Celzijusovoj skali

T = t + 273. (3.2)

Na sl. 3.2 prikazuje apsolutnu skalu i Celzijusovu skalu za poređenje.

SI jedinica apsolutne temperature naziva se kelvin(skraćeno kao K). Dakle, jedan stepen na Celzijusovoj skali jednak je jednom stepenu na Kelvinovoj skali:

Dakle, apsolutna temperatura, prema definiciji datoj formulom (3.2), je izvedena veličina koja zavisi od temperature Celzijusa i od eksperimentalno utvrđene vrijednosti a.

Čitalac: Koji onda fizičko značenje ima apsolutnu temperaturu?

Zapišimo izraz (3.1) u obliku

.

S obzirom da je temperatura na Kelvinovoj skali povezana sa temperaturom na Celzijusovoj skali relacijom T = t + 273, dobijamo

Gdje T 0 = 273 K, ili

Pošto ova relacija važi za proizvoljnu temperaturu T, tada se Gay-Lussacov zakon može formulirati na sljedeći način:

Za datu masu plina pri p = const vrijedi sljedeća relacija:

Zadatak 3.1. Na temperaturi T 1 = zapremina gasa 300 K V 1 = 5,0 l. Odredite zapreminu gasa pri istom pritisku i temperaturi T= 400 K.

STOP! Odlučite sami: A1, B6, C2.

Problem 3.2. Prilikom izobaričnog zagrevanja zapremina vazduha se povećala za 1%. Za koliko je postotaka porasla apsolutna temperatura?

= 0,01.

Odgovori: 1 %.

Prisjetimo se rezultirajuće formule

STOP! Odlučite sami: A2, A3, B1, B5.

Charlesov zakon

Francuski naučnik Čarls je eksperimentalno ustanovio da ako se gas zagreje tako da njegova zapremina ostane konstantna, pritisak gasa će se povećati. Zavisnost pritiska od temperature ima oblik:

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

Gdje R(t) – pritisak na temperaturi t°C; R 0 – pritisak na 0 °C; b je temperaturni koeficijent pritiska, koji je isti za sve gasove: 1/K.

Čitalac: Iznenađujuće, temperaturni koeficijent pritiska b je tačno jednak temperaturnom koeficijentu zapreminskog širenja a!

Uzmimo određenu masu gasa sa zapreminom V 0 na temperaturi T 0 i pritisak R 0 . Po prvi put, održavajući konstantan pritisak plina, zagrijavamo ga na temperaturu T 1 . Tada će gas imati zapreminu V 1 = V 0 (1 + a t) i pritisak R 0 .

Drugi put, održavajući volumen plina konstantnim, zagrijavamo ga na istu temperaturu T 1 . Tada će plin imati pritisak R 1 = R 0 (1 + b t) i jačinu zvuka V 0 .

Pošto je u oba slučaja temperatura gasa ista, važi Boyle-Mariotteov zakon:

str 0 V 1 = str 1 V 0 Þ R 0 V 0 (1 + a t) = R 0 (1 + b t)V 0 Þ

Þ 1 + a t = 1 + b tÞ a = b.

Stoga nije iznenađujuće da je a = b, ne!

Prepišimo Charlesov zakon u obliku

.

S obzirom na to T = t°S + 273 °S, T 0 = 273 °C, dobijamo

Fizički koncept “apsolutne nulte temperature” ima za moderna nauka Veoma bitan: s njim je usko vezan koncept supravodljivosti, čije je otkriće izazvalo pravu senzaciju u drugoj polovini dvadesetog veka.

Da biste razumjeli šta je apsolutna nula, trebali biste se osvrnuti na djela takvih poznatih fizičara, kao G. Fahrenheit, A. Celsius, J. Gay-Lussac i W. Thomson. Oni su odigrali ključnu ulogu u stvaranju glavnih temperaturnih skala koje se i danas koriste.

Prvi koji je predložio svoju temperaturnu skalu bio je njemački fizičar G. Fahrenheit 1714. godine. Istovremeno, temperatura mješavine, koja je uključivala snijeg i amonijak, uzeta je kao apsolutna nula, odnosno kao najniža tačka ove skale. Sljedeći važan pokazatelj bio je koji je postao jednak 1000. Shodno tome, svaki dio ove skale nazvan je „stepen Farenhajta“, a sama skala je nazvana „farenhajtova skala“.

30 godina kasnije, švedski astronom A. Celsius je predložio sopstvenu temperaturnu skalu, gde su glavne tačke bile temperatura topljenja leda i vode. Ova skala je nazvana „Celzijeva skala“ i još uvijek je popularna u većini zemalja svijeta, uključujući i Rusiju.

Godine 1802, dok je izvodio svoje čuvene eksperimente, francuski naučnik J. Gay-Lussac otkrio je da zapremina gasa pri konstantnom pritisku direktno zavisi od temperature. Ali najzanimljivije je bilo da kada se temperatura promijeni za 10 Celzijusa, volumen plina se povećava ili smanjuje za istu količinu. Nakon što je napravio potrebne proračune, Gay-Lussac je otkrio da je ova vrijednost jednaka 1/273 zapremine gasa na temperaturi od 0C.

Ovaj zakon je doveo do očiglednog zaključka: temperatura jednaka -2730C je najniža temperatura, čak i ako joj se približite, nemoguće je postići. Upravo se ta temperatura naziva "temperatura apsolutne nule".

Štaviše, apsolutna nula je postala polazna tačka za kreiranje apsolutne temperaturne skale, Aktivno učešće kojem je prisustvovao engleski fizičar W. Thomson, također poznat kao Lord Kelvin.

Njegovo glavno istraživanje odnosilo se na dokazivanje da se nijedno tijelo u prirodi ne može ohladiti ispod apsolutne nule. Istovremeno je aktivno koristio i drugu, pa se apsolutna temperaturna skala koju je uveo 1848. počela zvati termodinamička ili "Kelvinova skala".

U narednim godinama i decenijama došlo je samo do numeričkog pojašnjenja koncepta "apsolutne nule", koji se nakon brojnih dogovora počeo smatrati jednakom -273,150C.

Također je vrijedno napomenuti da apsolutna nula igra vrlo važnu ulogu važnu ulogu c Čitava poenta je u tome da je 1960. godine, na sledećoj Generalnoj konferenciji za tegove i mere, jedinica termodinamičke temperature - kelvin - postala jedna od šest osnovnih mernih jedinica. Istovremeno, posebno je propisano da je jedan stepen Kelvina brojčano jednak jedan, ali se referentnom tačkom "prema Kelvinu" obično smatra apsolutna nula, odnosno -273,150C.

Glavno fizičko značenje apsolutne nule je to, prema osnovnom fizički zakoni, na takvoj temperaturi energija kretanja elementarnih čestica, kao što su atomi i molekuli, je nula i u tom slučaju svako haotično kretanje tih istih čestica treba da prestane. Na temperaturi jednakoj apsolutnoj nuli, atomi i molekuli moraju zauzeti jasnu poziciju u glavnim tačkama kristalna rešetka, formirajući uređeni sistem.

Danas, koristeći specijalnu opremu, naučnici su uspeli da dobiju temperature samo nekoliko delova na milion iznad apsolutne nule. Fizički je nemoguće postići ovu vrijednost samu zbog drugog zakona termodinamike opisanog gore.

Da li ste ikada razmišljali o tome koliko niska temperatura može biti? Šta je apsolutna nula? Hoće li čovječanstvo to ikada uspjeti postići i koje mogućnosti će se otvoriti nakon takvog otkrića? Ova i druga slična pitanja dugo su zaokupljala umove mnogih fizičara i jednostavno znatiželjnika.

Šta je apsolutna nula

Čak i ako niste voljeli fiziku od djetinjstva, vjerovatno vam je poznat pojam temperature. Zahvaljujući molekularno-kinetičkoj teoriji, sada znamo da postoji određena statička veza između nje i kretanja molekula i atoma: što je temperatura bilo kojeg fizičkog tijela viša, njegovi se atomi brže kreću, i obrnuto. Postavlja se pitanje: „Postoji li tako donja granica na kojoj elementarne čestice smrznuto na mjestu?" Naučnici vjeruju da je to teoretski moguće; termometar će biti na -273,15 stepeni Celzijusa. Ova vrijednost se naziva apsolutna nula. Drugim riječima, ovo je minimalna moguća granica do koje se fizičko tijelo može ohladiti. Postoji čak i apsolutna temperaturna skala (Kelvinova skala), u kojoj je apsolutna nula referentna tačka, a jedinična podjela skale jednaka je jednom stepenu. Naučnici širom svijeta ne prestaju raditi na postizanju ove vrijednosti, jer ovo obećava ogromne izglede za čovječanstvo.

Zašto je ovo toliko važno

Ekstremno niske i ekstremno visoke temperature usko su povezane s konceptima superfluidnosti i supravodljivosti. Nestanak električnog otpora u supravodičima omogućit će postizanje nezamislivih vrijednosti efikasnosti i eliminaciju gubitaka energije. Ako bismo mogli pronaći način koji bi nam omogućio da slobodno dostignemo vrijednost "apsolutne nule", mnogi problemi čovječanstva bili bi riješeni. Vlakovi koji lebde iznad šina, lakši i manji motori, transformatori i generatori, magnetoencefalografija visoke preciznosti, visokoprecizni satovi - samo su neki od primjera onoga što supravodljivost može donijeti u naše živote.

Najnovija naučna dostignuća

U septembru 2003. istraživači sa MIT-a i NASA-e uspjeli su ohladiti plin natrijum na rekordno nisku razinu. Tokom eksperimenta, nedostajala im je samo pola milijarde stepena od ciljne linije (apsolutna nula). Tokom testova, natrijum je stalno bio u magnetnom polju, koje ga je sprečavalo da dodirne zidove posude. Kada bi bilo moguće savladati temperaturnu barijeru, molekularno kretanje u gasu bi potpuno prestalo, jer bi takvo hlađenje izvuklo svu energiju iz natrijuma. Istraživači su koristili tehniku ​​čiji je autor (Wolfgang Ketterle) dobio 2001. godine nobelova nagrada u fizici. Ključna tačka u testovima bili su gasni procesi Bose-Einstein kondenzacije. U međuvremenu, još niko nije poništio treći zakon termodinamike, prema kojem apsolutna nula nije samo nepremostiva, već i nedostižna vrijednost. Osim toga, primjenjuje se Heisenbergov princip nesigurnosti, a atomi jednostavno ne mogu stati mrtvi na svom putu. Tako za sada apsolutna nulta temperatura ostaje nedostižna za nauku, iako su joj se naučnici uspjeli približiti na zanemarljivoj udaljenosti.

Apsolutna nula (apsolutna nula) - početak apsolutne temperature, počevši od 273,16 K ispod trostruke tačke vode (tačka ravnoteže tri faze - leda, vode i vodene pare); Na apsolutnoj nuli, kretanje molekula prestaje i oni su u stanju "nulte" kretanja. Ili: najniža temperatura na kojoj tvar ne sadrži toplinsku energiju.

Apsolutna nula Počni očitavanje apsolutne temperature. Odgovara –273,16 °C. Trenutno je u fizičkim laboratorijama moguće dobiti temperaturu koja prelazi apsolutnu nulu za samo nekoliko milionitih delova stepena, ali prema zakonima termodinamike to je nemoguće postići. Na apsolutnoj nuli, sistem bi bio u stanju sa najnižom mogućom energijom (u tom stanju atomi i molekuli bi vršili „nula“ vibracije) i imao bi nultu entropiju (nula poremećaj). Zapremina idealnog gasa u tački apsolutne nule mora biti jednaka nuli, a za određivanje ove tačke, zapremina stvarnog gasa helijuma se meri na sekvencijalno snižavanje temperature dok se ne ukapni pri niskom pritisku (-268,9°C) i ekstrapolira do temperature na kojoj bi zapremina gasa u odsustvu ukapljivanja postala nula. Apsolutna temperatura termodinamički Skala se mjeri u kelvinima, označena simbolom K. Apsolutno termodinamički skala i Celzijusova skala su jednostavno pomaknute jedna od druge i povezane su odnosom K = °C + 273,16 °.

Priča

Riječ "temperatura" nastala je u onim danima kada su ljudi vjerovali da toplija tijela sadrže velika količina posebna tvar - kalorična, nego u manje zagrijanim. Stoga se temperatura doživljavala kao jačina mješavine tjelesne materije i kalorija. Zbog toga se mjerne jedinice za jačinu alkoholnih pića i temperaturu nazivaju isto - stepeni.

Budući da je temperatura kinetička energija molekula, jasno je da je najprirodnije mjeriti je u energetskim jedinicama (tj. u SI sistemu u džulima). Međutim, mjerenje temperature počelo je mnogo prije stvaranja molekularne kinetičke teorije, pa praktične vage mjere temperaturu u konvencionalnim jedinicama - stepenima.

Kelvinova skala

Termodinamika koristi Kelvinovu skalu, u kojoj se temperatura mjeri od apsolutne nule (stanje koje odgovara najmanjem teoretski mogućem unutrašnja energija tijelo), a jedan kelvin je jednak 1/273,16 udaljenosti od apsolutne nule do trostruke tačke vode (stanje u kojem su led, voda i vodena para u ravnoteži). Boltzmannova konstanta se koristi za pretvaranje kelvina u energetske jedinice. Koriste se i izvedene jedinice: kilokelvin, megakelvin, milikelvin itd.

Celzijus

U svakodnevnom životu koristi se Celzijeva skala u kojoj je 0 tačka smrzavanja vode, a 100° tačka ključanja vode pri atmosferskom pritisku. Pošto tačke smrzavanja i ključanja vode nisu dobro definisane, Celzijusova skala je trenutno definisana pomoću Kelvinove skale: stepen Celzijusa je jednak kelvinu, apsolutna nula se uzima kao -273,15 °C. Celzijusova skala je praktično vrlo zgodna jer je voda vrlo česta na našoj planeti i na njoj se zasniva naš život. Nula Celzijusa je posebna tačka za meteorologiju, jer smrzavanje atmosferske vode bitno sve mijenja.

Fahrenheit

U Engleskoj, a posebno u SAD-u, koristi se Farenhajtova skala. Ova skala dijeli interval od temperature najhladnije zime u gradu u kojem je Farenhajt živio do temperature ljudskog tijela na 100 stepeni. Nula stepeni Celzijusa je 32 stepena Farenhajta, a stepen Farenhajta je jednak 5/9 stepeni Celzijusa.

Trenutno prihvaćeno sljedeća definicija Farenhajtova skala: Ovo je temperaturna skala u kojoj je 1 stepen (1 °F) jednak 1/180 razlike između tačke ključanja vode i temperature topljenja leda pri atmosferskom pritisku, a tačka topljenja leda je + 32 °F. Temperatura na Farenhajtovoj skali povezana je s temperaturom na Celzijusovoj skali (t °C) omjerom t °C = 5/9 (t °F – 32), 1 °F = 5/9 °C. Predložio G. Fahrenheit 1724. godine.

Reaumur skala

Predložio ga je 1730. R. A. Reaumur, koji je opisao alkoholni termometar koji je izumio.

Jedinica je stepen Reaumur (°R), 1 °R je jednak 1/80 temperaturnog intervala između referentnih tačaka - temperature topljenja leda (0 °R) i tačke ključanja vode (80 °R)

1 °R = 1,25 °C.

Trenutno je vaga izašla iz upotrebe, najduže je opstala u Francuskoj, autorovoj domovini.

Poređenje temperaturnih skala

Opis Kelvine Celzijus Fahrenheit Newton Reaumur
Apsolutna nula −273.15 −459.67 −90.14 −218.52
Temperatura topljenja mješavine Farenhajta (sol i led u jednakim količinama) 0 −5.87
Tačka smrzavanja vode (normalni uslovi) 0 32 0
Prosječna temperatura ljudskog tijela¹ 36.8 98.2 12.21
Tačka ključanja vode (normalni uslovi) 100 212 33
Temperatura solarne površine 5800 5526 9980 1823

Normalna temperatura ljudskog tela je 36,6 °C ±0,7 °C, ili 98,2 °F ±1,3 °F. Uobičajena vrijednost od 98,6 °F je tačna konverzija u Fahrenheit njemačke vrijednosti od 37 °C iz 19. stoljeća. Budući da ova vrijednost nije unutar normalnog temperaturnog raspona prema moderne ideje, možemo reći da sadrži preveliku (netačnu) preciznost. Neke vrijednosti u ovoj tabeli su zaokružene.

Poređenje Farenhajtovih i Celzijusovih skala

(o F– Farenhajtova skala, oC– Celzijeva skala)

oF oC oF oC oF oC oF oC
-459.67
-450
-400
-350
-300
-250
-200
-190
-180
-170
-160
-150
-140
-130
-120
-110
-100
-95
-90
-85
-80
-75
-70
-65 		-273.15
-267.8
-240.0
-212.2
-184.4
-156.7
-128.9
-123.3
-117.8
-112.2
-106.7
-101.1
-95.6
-90.0
-84.4
-78.9
-73.3
-70.6
-67.8
-65.0
-62.2
-59.4
-56.7
-53.9 		-60
-55
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-19
-18
-17
-16
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5 		-51.1
-48.3
-45.6
-42.8
-40.0
-37.2
-34.4
-31.7
-28.9
-28.3
-27.8
-27.2
-26.7
-26.1
-25.6
-25.0
-24.4
-23.9
-23.3
-22.8
-22.2
-21.7
-21.1
-20.6 		-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19 		-20.0
-19.4
-18.9
-18.3
-17.8
-17.2
-16.7
-16.1
-15.6
-15.0
-14.4
-13.9
-13.3
-12.8
-12.2
-11.7
-11.1
-10.6
-10.0
-9.4
-8.9
-8.3
-7.8
-7.2 		20
21
22
23
24
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
125
150
200 		-6.7
-6.1
-5.6
-5.0
-4.4
-3.9
-1.1
1.7
4.4
7.2
10.0
12.8
15.6
18.3
21.1
23.9
26.7
29.4
32.2
35.0
37.8
51.7
65.6
93.3

Da biste stepene Celzijusa pretvorili u Kelvine, morate koristiti formulu T=t+T 0 gdje je T temperatura u kelvinima, t je temperatura u stepenima Celzijusa, T 0 =273,15 kelvina. Veličina stepena Celzijusa jednaka je kelvinu.

mob_info