Межа мінусової температури. Абсолютний нуль температури

> Абсолютний нуль

Вивчіть, чому дорівнює абсолютний нуль температурита значення ентропії. Дізнайтеся, чому дорівнює температура абсолютного нуля за шкалою Цельсія та Кельвіна.

Абсолютний нуль- Мінімальна температура. Це позначка, коли він ентропія досягає найменшого значення.

Завдання навчання

• Розібратися в тому, чому абсолютний нуль є природним показником нульової точки.

Основні пункти

• Абсолютний нуль виступає універсальним, тобто вся матерія перебуває в основному стані при цьому показнику.
• До володіє квантово-механічною нульовою енергією. Але в інтерпретації кінетична енергія може бути нульовою, а теплова зникає.
• Максимально низька температура у лабораторних умовах досягла 10-12 К. Мінімальна природна – 1К (розширення газів у туманності Бумеранг).

Терміни

• Ентропія – міра того, як рівномірна енергія розташовується у системі.
• Термодинаміка – галузь у науці, що вивчає тепло та його співвідношення з енергією та роботою.

Абсолютний нуль – мінімальна температура, коли він ентропія досягає найменшого значення. Тобто це найменший показник, який можна спостерігати в системі. Це універсальне поняття та виступає нульовою точкою в системі одиниць температури.

Графік залежності тиску від температури для різних газів із постійним об'ємом. Зауважте, що всі графіки екстраполюються до нульового тиску за однієї температури

Система в абсолютному нулі все ще має квантово-механічну нульову енергію. Відповідно до принципу невизначеності, становище частинок не можна визначити з абсолютною точністю. Якщо частинка зміщується в абсолютному нулі, то все ще має мінімальний енергетичний запас. Але в класичній термодинаміці кінетична енергія може бути нульовою, а теплова зникає.

Нульова точка термодинамічної шкали на кшталт Кельвіна прирівнюється до абсолютного нуля. Міжнародна угода встановила, що температура абсолютного нуля досягає 0K за шкалою Кельвіна та -273.15°C за шкалою Цельсія. Речовина при мінімальних температурних показниках виявляє квантові ефекти, на кшталт надпровідності та надплинності. Найбільш низька температура у лабораторних умовах становила 10-12 K, а природному середовищі – 1K (швидке розширення газів у туманності Бумеранг).

Стрімке розширення газів призводить до мінімальної температури, що спостерігається.

Абсолютний нуль температури

Абсолютний нуль температури(рідше - абсолютний нуль температури) - мінімальна межа температури, яку може мати фізичне тіло у Всесвіті. Абсолютний нуль є початком відліку абсолютної температурної шкали, наприклад, шкали Кельвіна . У 1954 X Генеральна конференція з мір і ваг встановила термодинамическую температурну шкалу з однією реперною точкою - потрійною точкою води, температура якої прийнята 273,16 К (точно), що відповідає 0,01 ° C, так що за шкалою Цельсія абсолютному нулю відповідає температура −273,15 °C .

Яви, що спостерігаються поблизу абсолютного нуля

При температурах, близьких до абсолютного нуля, на макроскопічному рівні можуть спостерігатися чисто квантові ефекти, такі як:

Примітки

Література

• Р. Бурмін. Штурм абсолютного нуля. - М: «Дитяча література», 1983

Див. також

Wikimedia Foundation. 2010 .

• Герінг
• Кшапанака

Дивитись що таке "Абсолютний нуль температури" в інших словниках:

АБСОЛЮТНИЙ НОЛЬ ТЕМПЕРАТУРИ- Початок відліку термодинамічний. темпири; розташований на 273,16 До нижче температури потрійної точки (0,01 ° С) води (на 273, 15 ° С нижче нуля температури за шкалою Цельсія, (див. ТЕМПЕРАТУРНІ ШКАЛИ). Існування термодинамічної температурної шкали і А. н. т.… … Фізична енциклопедія

абсолютний нуль температури- Початок відліку абсолютної температури за термодинамічною температурною шкалою. Абсолютний нуль розташований на 273,16ºC нижче за температуру потрійної точки води, для якої прийнято значення 0,01ºC. Абсолютний нуль температури принципово недосяжний. Енциклопедичний словник

абсолютний нуль температури- 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: angl. Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Абсолютний нуль температури- Початковий відлік за шкалою Кельвіна, становить за шкалою Цельсія негативну температуру в 273,16 градуса … Початки сучасного природознавства

АБСОЛЮТНИЙ НУЛЬ- температурі, початок відліку температури за термодинамічною температурною шкалою. Абсолютний нуль розташований на 273,16 шC нижче температури потрійної точки води (0,01 шC). Абсолютний нуль принципово недосяжний, практично досягнуті температури, … Сучасна енциклопедія

АБСОЛЮТНИЙ НУЛЬ- температури початок відліку температури за термодинамічною температурною шкалою. Абсолютний нуль розташований на 273,16 .З нижче температури потрійної точки води, на яку прийнято значення 0,01 .С. Абсолютний нуль принципово недосяжний (див.… … Великий Енциклопедичний словник

АБСОЛЮТНИЙ НУЛЬ- Температура, що виражає відсутність теплоти, дорівнює 218 ° Ц. Словник іноземних слів, що увійшли до складу російської мови. Павленков Ф., 1907. абсолютний нуль температури (фіз.) - Найнижча можлива температура (273,15 ° C). Великий словник. Словник іноземних слів російської мови

АБСОЛЮТНИЙ НУЛЬ- температури, початок відліку температури за термодинамічною температурною шкалою (див. ТЕРМОДИНАМІЧНА ТЕМПЕРАТУРНА ШКАЛА). Абсолютний нуль розташований на 273,16 °С нижче температури потрійної точки (див. ТРІЙНА ТОЧКА) води, для якої прийнято… … Енциклопедичний словник

АБСОЛЮТНИЙ НУЛЬ- гранично низька температура, за якої припиняється тепловий рух молекул. Тиск та обсяг ідеального газу, згідно із законом Бойля Маріотта, стає рівним нулю, а за початок відліку абсолютної температури за шкалою Кельвіна приймається. Екологічний словник

АБСОЛЮТНИЙ НУЛЬ- Початок відліку абсолютної температури. Відповідає 273,16 ° С. В даний час у фізичних лабораторіях вдалося отримати температуру, що перевищує абсолютний нуль всього на кілька мільйонних часток градуса, досягти ж його, згідно законам ... Енциклопедія Кольєра

Як ви думаєте, де знаходиться найхолодніше місце у нашому Всесвіті? Сьогодні це Земля. Наприклад, температура поверхні Місяця -227 градусів за шкалою Цельсія, а температура вакууму, що оточує нас, становить 265 градусів нижче за нуль. Однак у лабораторії Землі людина може досягти температури набагато нижче, вивчення властивостей матеріалів за умов наднизьких температур. Матеріали, окремі атоми і навіть світло, піддані екстремальному охолодженню, починають виявляти незвичні властивості.

Перший експеримент такого роду було поставлено на початку 20 століття фізиками, які вивчали електричні властивості ртуті при наднизькій температурі. При -262 градуси за Цельсієм ртуть починає виявляти властивості надпровідності, зменшуючи опір електричного струму практично до нуля. Подальші експерименти також виявили інші цікаві властивості охолоджених матеріалів, включаючи надплинність, яка виражається в "просочуванні" речовини крізь тверді перегородки та із закритих ємностей.

Наукою визначено найнижчу досяжну температуру - мінус 273.15 градусів Цельсія, але практично така температура недосяжна. Практично температура є приблизною мірою енергії, укладеної в об'єкті, тому абсолютний нуль показує, що тіло нічого не випромінює, і жодної енергії з цього об'єкта витягти не можна. Але незважаючи на це, вчені намагаються підібратися якомога ближче до абсолютного нуля температури, актуальний рекорд було поставлено у 2003 році в лабораторії Массачусетського інституту технології. Вченим недотягнули до абсолютного нуля лише 810 мільярдних часток градуса. Охолоджували вони хмару атомів натрію, утримуване дома за допомогою потужного магнітного поля.

Здавалося б - у чому прикладний сенс таких дослідів? Виявляється, дослідників цікавить таке поняття як конденсат Бозе-Ейнштейна, яке є особливим станом речовини - не газ, тверде або рідке, а просто хмара атомів з однаковим квантовим станом. Така форма речовини була передбачена Ейнштейном та індійським фізиком Satyendra Bose у 1925 році, а отримана лише через 70 років. Один із учених, який досяг такого стану речовини - Wolfgang Ketterle, який отримав за своє відкриття Нобелівську премію в галузі фізики.

Одна з чудових властивостей конденсату Бозе-Ейнштейна (КБЕ) – можливість управління рухом світлових променів. У вакуумі світло переміщається зі швидкістю 300 000 км в секунду, і це максимальна швидкість, досяжна у Всесвіті. Але світло може поширюватися повільніше, якщо поширюватиметься не у вакуумі, а в речовині. За допомогою КБЕ можна уповільнити рух світла до малих швидкостей і навіть зупинити його. Через температуру і щільність конденсату світлове випромінювання сповільнюється і може бути "схоплено" і перетворено безпосередньо в електричний струм. Цей струм може бути передано в іншу хмару КБЕ і перетворено назад на світлове випромінювання. Ця можливість дуже потрібна для телекомунікації та обчислювальної техніки. Тут я трохи не розумію - адже пристрої, що перетворюють світлові хвилі в електрику і назад вже є... Мабуть, використання КБЕ дозволяє робити це перетворення швидше і точніше.

Однією з причин, чому вчені настільки прагнуть отримати абсолютний нуль - спроба зрозуміти, що відбувається і відбувалося з нашого Всесвіту, які термодинамічні закони в ньому діють. При цьому дослідники розуміють, що вилучення всієї енергії до останнього з атома практично недосяжне.

Абсолютний нуль (absolute zero) – початок відліку абсолютної температури, що починає звіт від 273.16 До нижче потрійної точки води (точка рівноваги трьох фаз – льоду, води та водяної пари); при абсолютному нулі рух молекул припиняється, і вони перебувають у стані «нульових» рухів. Або: найнижча температура, за якої речовина не містить теплової енергії.

Абсолютний нуль початоквідліку абсолютної температури. Відповідає -273,16 °С. В даний час у фізичних лабораторіях вдалося отримати температуру, що перевищує абсолютний нуль всього на кілька мільйонних часток градуса, досягти ж його, згідно із законами термодинаміки, неможливо. При абсолютному нулі система знаходилася б у стані з найменшою можливою енергією (у цьому стані атоми і молекули здійснювали б "нульові" коливання) і мала нульову ентропію (нульову невпорядкованістю). Обсяг ідеального газу в точці абсолютного нуля повинен дорівнювати нулю, і щоб визначити цю точку, вимірюють обсяг реального газу гелію при послідовномузниження температури аж до його зрідження при низькому тиску (-268,9 ° С) і проводять екстраполяцію до температури, при якій обсяг газу без зрідження звернувся б в нуль. Температура з абсолютної термодинамічнійшкалою вимірюється в кельвінах, що позначаються символом До. Абсолютна термодинамічнашкала і шкала Цельсія просто зміщені одна щодо іншої та пов'язані співвідношенням К = ° C + 273,16 °.

Історія

Слово «температура» виникло в ті часи, коли люди вважали, що в нагрітих тілах міститься більша кількість особливої ​​речовини - теплороду, ніж у менш нагрітих. Тому температура сприймалася як міцність суміші речовини тіла та теплороду. З цієї причини одиниці виміру міцності спиртних напоїв та температури називаються однаково – градусами.

З того, що температура - це кінетична енергія молекул, ясно, що найбільше природно вимірювати її в енергетичних одиницях (тобто в системі СІ в джоулях). Однак вимірювання температури почалося задовго до створення молекулярно-кінетичної теорії, тому практичні шкали вимірюють температуру в умовних одиницях – градусах.

Шкала Кельвіна

У термодинаміці використовується шкала Кельвіна, в якій температура відраховується від абсолютного нуля (стан, що відповідає мінімальній теоретично можливої ​​внутрішньої енергії тіла), а один кельвін дорівнює 1/273.16 відстані від абсолютного нуля до потрійної точки води (стану, при якому лід, вода та водяна) пар перебувають у рівновазі). Для перерахунку кельвінів у енергетичні одиниці служить постійна Больцмана. Використовуються також похідні одиниці: кілокельвін, мегакельвін, мілікельвін і т.д.

Шкала Цельсія

У побуті використовується шкала Цельсія, де за 0 приймають точку замерзання води, а й за 100° точку кипіння води при атмосферному тиску. Оскільки температура замерзання і кипіння води недостатньо добре визначена, нині шкалу Цельсія визначають через шкалу Кельвіна: градус Цельсія дорівнює кельвіну, абсолютний нуль приймається за -273,15 °C. Шкала Цельсія практично дуже зручна, оскільки вода є дуже поширеною на нашій планеті і на ній засноване наше життя. Нуль Цельсія – особлива точка для метеорології, оскільки замерзання атмосферної води суттєво все змінює.

Шкала Фаренгейта

В Англії і, особливо, США використовується шкала Фаренгейта. У цій шкалі на 100 градусів поділено інтервал від температури найхолоднішої зими у місті, де жив Фаренгейт, до температури людського тіла. Нуль градусів Цельсія - це 32 градуси Фаренгейта, а градус Фаренгейта дорівнює 5/9 градусів Цельсія.

В даний час прийнято наступне визначення шкали Фаренгейта: це температурна шкала, 1 градус якої (1 °F) дорівнює 1/180 різниці температур кипіння води та танення льоду при атмосферному тиску, а точка танення льоду має температуру +32 °F. Температура за шкалою Фаренгейта пов'язана з температурою за шкалою Цельсія (t °С) співвідношенням t °С = 5/9 (t °F - 32), 1 °F = 5/9 °С. Запропонована Г. Фаренгейтом у 1724 році.

Шкала Реомюра

Запропонована в 1730 Р. А. Реомюром, який описав винайдений ним спиртовий термометр.

Одиниця - градус Реомюра (°R), 1 °R дорівнює 1/80 частини температурного інтервалу між опорними точками - температурою танення льоду (0 °R) та кипіння води (80 °R)

1°R = 1,25°C.

В даний час шкала вийшла з вживання, найдовше вона зберігалася у Франції, на батьківщині автора.

Порівняння температурних шкал

Нормальна температура людського тіла – 36.6 °C ±0.7 °C, або 98.2 °F ±1.3 °F. Значення, що наводиться зазвичай 98.6 °F - це точне перетворення в шкалу Фаренгейта прийнятого в Німеччині в XIX столітті значення 37 °C. Оскільки це значення не входить до діапазону нормальної температури за сучасними уявленнями, можна говорити, що воно містить надмірну (невірну) точність. Деякі значення у цій таблиці були округлені.

Зіставлення шкал Фаренгейта та Цельсія

(o F- шкала Фаренгейта, o C- шкала Цельсія)

Для переведення градусів цельсію в кельвіни необхідно скористатися формулою T=t+T 0де T температура в кельвінах, t температура в градусах цельсія, T 0 = 273.15 кельвіна. За розміром градус цельсія дорівнює кельвіну.

Абсолютний температурний нуль відповідає 273,15 градусів Цельсія нижче за нуль, 459,67 нижче за нуль за Фаренгейтом. Для температурної шкали Кельвіна така температура сама собою є нульовою позначкою.

Сутність абсолютного нуля температури

Поняття абсолютного нуля виходить із самої сутності температури. Будь-яке тіло, яке віддає у зовнішнє середовище в ході. У цьому знижується температура тіла, тобто. енергії залишається менше. Теоретично цей процес може продовжуватися доти, доки кількість енергії не досягне такого мінімуму, при якому віддавати її тіло вже не зможе.
Віддалене пророкування такої ідеї можна знайти вже у М.В.Ломоносова. Великий російський учений пояснював теплоту «коловоротним» рухом. Отже, гранична міра охолодження – це повна зупинка такого руху.

За сучасними уявленнями, абсолютний нуль температури – , у якому молекули найменшим можливим рівнем енергії. За меншої кількості енергії, тобто. при нижчій температурі жодне фізичне тіло існувати неспроможна.

Теорія та практика

Абсолютний нуль температури – теоретичне поняття, досягти його на практиці неможливо в принципі, навіть в умовах наукових лабораторій із найскладнішою апаратурою. Але вченим вдається охолоджувати речовину до дуже низьких температур, близьких до абсолютного нуля.

При таких температурах речовини набувають дивовижних властивостей, яких вони не можуть мати за звичайних обставин. Ртуть, яку називають «живим сріблом» через її перебування у стані, близькому до рідкого, за такої температури стає твердою – настільки, що нею можна забивати цвяхи. Деякі метали стають крихкими, як скло. Такою ж твердою і стає гума. Якщо при температурі, близької до абсолютного нуля, ударити молотком якийсь гумовий предмет, він розіб'ється, як скляний.

Така зміна властивостей також пов'язана із природою теплоти. Чим вище температура фізичного тіла, тим інтенсивніше і хаотичніше рухаються молекули. У міру зниження температури рух стає менш інтенсивним, а структура більш упорядкованою. Так газ стає рідиною, а рідина – твердим тілом. Граничний рівень упорядкованості – кристалічна структура. При наднизьких температурах її набувають навіть таких речовин, які у звичайному стані залишаються аморфними, наприклад, гума.

Цікаві явища відбуваються з металами. Атоми кристалічних ґрат коливаються з меншою амплітудою, розсіювання електронів зменшується, тому падає електричний опір. Метал набуває надпровідності, практичне застосування якої видається досить привабливим, хоча і важкодосяжним.

Джерела:

• Ліванова А. Низькі температури, абсолютний нуль та квантова механіка

Тіло- Це одне з основних понять у фізиці, під яким мається на увазі форма існування матерії або речовини. Це матеріальний об'єкт, який характеризується обсягом та масою, іноді також іншими параметрами. Фізичне тіло явно відокремлено з інших тіл кордоном. Існує кілька особливих видів фізичних тіл, не слід розуміти їхнє перерахування як класифікацію.

У механіці під фізичним тілом найчастіше розуміється матеріальна точка. Це абстракція, головною властивістю якої є факт того, що реальними розмірами тіла для вирішення конкретного завдання можна знехтувати. Іншими , матеріальна точка - це цілком конкретне тіло, яке має розміри, форму та інші подібні характеристики, але вони не важливі для того, щоб вирішити завдання. Наприклад, якщо необхідно порахувати об'єкта певному ділянці шляху, з його довжиною під час вирішення завдання можна зовсім не рахуватися. Ще один тип фізичних тіл, що розглядається механікою, - це абсолютно тверде тіло. Механіка такого тіла точно така сама, як і механіка матеріальної точки, але додатково має й інші властивості. Абсолютно тверде тіло складається з точок, але відстань між ними, ні розподіл маси не змінюються під навантаженнями, яким піддається тіло. Це означає, що вона не може бути деформована. Щоб визначити положення абсолютно твердого тіла, достатньо задати прив'язану до нього систему координат, як правило, декартову. Найчастіше центр маси є й центром системи координат. У абсолютно твердого тіла не існує, але для вирішення багатьох завдань така абстракція дуже зручна, хоча в релятивістській механіці вона не розглядається, оскільки при рухах, швидкість яких можна порівняти зі швидкістю світла, ця модель демонструє внутрішні протиріччя. Протилежністю абсолютно твердому тілу є тіло, що деформується,