Wat is de absolute 0-temperatuur? Absolute nulpunt

De grenstemperatuur waarbij het volume van een ideaal gas wordt bereikt gelijk aan nul, wordt genomen als de absolute nulpunttemperatuur. Het volume van echte gassen bij een temperatuur van het absolute nulpunt kan echter niet verdwijnen. Heeft deze temperatuurlimiet dan wel zin?

De grenstemperatuur, waarvan het bestaan voortvloeit uit de wet van Gay-Lussac, is logisch, omdat het praktisch mogelijk is om de eigenschappen van een echt gas dichter bij de eigenschappen van een ideaal gas te brengen. Om dit te doen, moet je een steeds ijler gas nemen, zodat de dichtheid ervan naar nul neigt. Naarmate de temperatuur daalt, zal het volume van een dergelijk gas naar de limiet neigen, bijna nul.

Laten we de waarde van het absolute nulpunt op de schaal van Celsius vinden. Het volume gelijkstellen VV formule (3.6.4) nul en daarmee rekening houdend

Daarom is de temperatuur absoluut nul

* Nauwkeurigere absolute nulwaarde: -273,15 °C.

Dit is het ultieme, het meest lage temperatuur in de natuur, die “grootste of laatste graad van kou”, waarvan Lomonosov het bestaan voorspelde.

Kelvin-schaal

Kelvin William (Thomson W.) (1824-1907) - een uitstekende Engelse natuurkundige, een van de grondleggers van de thermodynamica en de moleculaire kinetische theorie van gassen.

Kelvin introduceerde de absolute temperatuurschaal en gaf een van de formuleringen van de tweede wet van de thermodynamica in de vorm van de onmogelijkheid om warmte volledig in arbeid om te zetten. Hij berekende de grootte van moleculen op basis van het meten van de oppervlakte-energie van de vloeistof. In verband met de aanleg van de transatlantische telegraafkabel ontwikkelde Kelvin de theorie van elektromagnetische trillingen en leidde hij een formule af voor de periode van vrije trillingen in een circuit. Achter wetenschappelijke verdiensten W. Thomson ontving de titel van Lord Kelvin.

De Engelse wetenschapper W. Kelvin introduceerde de absolute temperatuurschaal. Nultemperatuur op de schaal van Kelvin komt overeen met het absolute nulpunt, en de temperatuureenheid op deze schaal is gelijk aan een graad op de schaal van Celsius, dus absolute temperatuur T is gerelateerd aan de temperatuur op de schaal van Celsius door de formule

(3.7.6)

Figuur 3.11 toont ter vergelijking de absolute schaal en de Celsius-schaal.

Eenheid absolute temperatuur in SI wordt het Kelvin genoemd (afgekort K). Daarom is één graad op de schaal van Celsius gelijk aan één graad op de schaal van Kelvin: 1 °C = 1 K.

De absolute temperatuur is dus, volgens de definitie van formule (3.7.6), een afgeleide grootheid die afhangt van de temperatuur in Celsius en van de experimenteel bepaalde waarde van a. Het is echter van fundamenteel belang.

Vanuit het oogpunt van de moleculaire kinetische theorie is de absolute temperatuur gerelateerd aan de gemiddelde kinetische energie van de chaotische beweging van atomen of moleculen. Bij T = O K de thermische beweging van moleculen stopt. Dit wordt in hoofdstuk 4 uitgebreider besproken.

Afhankelijkheid van het volume van de absolute temperatuur

Met behulp van de Kelvin-schaal kan de wet van Gay-Lussac (3.6.4) in een eenvoudiger vorm worden geschreven. Omdat

(3.7.7)

Het volume van een gas met een bepaalde massa bij constante druk is recht evenredig met de absolute temperatuur.

Hieruit volgt dat de verhouding van gasvolumes met dezelfde massa in verschillende staten bij dezelfde druk is gelijk aan de verhouding van absolute temperaturen:

(3.7.8)

Er is minimaal mogelijke temperatuur, waarbij het volume (en de druk) van een ideaal gas verdwijnen. Dit is de absolute nultemperatuur:-273 °C. Het is handig om de temperatuur vanaf het absolute nulpunt te tellen. Dit is hoe de absolute temperatuurschaal is opgebouwd.

Het absolute nulpunt komt overeen met een temperatuur van −273,15 °C.

Er wordt aangenomen dat het absolute nulpunt in de praktijk onbereikbaar is. Het bestaan en de positie ervan op de temperatuurschaal volgt uit extrapolatie van waargenomen fysische verschijnselen, en een dergelijke extrapolatie laat zien dat bij het absolute nulpunt de energie van de thermische beweging van moleculen en atomen van een substantie gelijk moet zijn aan nul, dat wil zeggen de chaotische beweging van deeltjes stopt, en ze vormen een geordende structuur, die een duidelijke positie inneemt in de knooppunten van het kristalrooster. Maar zelfs bij het absolute nulpunt zullen de regelmatige bewegingen van de deeltjes waaruit materie bestaat bestaan. De resterende oscillaties, zoals nulpuntoscillaties, zijn te wijten aan de kwantumeigenschappen van de deeltjes en het fysieke vacuüm dat hen omringt.

Tegenwoordig is het in fysieke laboratoria mogelijk temperaturen te bereiken die slechts een paar miljoensten van een graad hoger zijn dan het absolute nulpunt; het zelf bereiken is volgens de wetten van de thermodynamica onmogelijk.

Opmerkingen

Literatuur

G. Burmin. Aanval op het absolute nulpunt. - M.: “Kinderliteratuur”, 1983.

zie ook

Wikimedia Stichting. 2010.

Synoniemen:

Kijk wat "Absoluut nul" is in andere woordenboeken:

Temperaturen, de oorsprong van temperatuur op de thermodynamische temperatuurschaal (zie THERMODYNAMISCHE TEMPERATUURSCHAAL). Absolute nulpunt gelegen 273,16 °C onder de temperatuur van het tripelpunt (zie TRIPLE POINT) van water, waarvoor het wordt geaccepteerd ... ... encyclopedisch woordenboek

Temperaturen, de oorsprong van temperatuur op de thermodynamische temperatuurschaal. Het absolute nulpunt bevindt zich 273,16°C onder de tripelpunttemperatuur van water (0,01°C). Het absolute nulpunt is fundamenteel onbereikbaar, de temperaturen zijn bijna bereikt... ... Moderne encyclopedie

Temperaturen zijn het startpunt voor de temperatuur op de thermodynamische temperatuurschaal. Het absolute nulpunt bevindt zich op 273,16 °C onder de temperatuur van het tripelpunt van water, waarvoor de waarde 0,01 °C bedraagt. Het absolute nulpunt is fundamenteel onbereikbaar (zie... ... Groot encyclopedisch woordenboek

De temperatuur die de afwezigheid van warmte uitdrukt is 218° C. Woordenschat buitenlandse woorden, opgenomen in de Russische taal. Pavlenkov F., 1907. absolute nulpuntstemperatuur (fysiek) - de laagst mogelijke temperatuur (273,15°C). Groot woordenboek... ... Woordenboek van buitenlandse woorden van de Russische taal

absolute nulpunt- De extreem lage temperatuur waarbij de thermische beweging van moleculen stopt; op de Kelvin-schaal komt het absolute nulpunt (0°K) overeen met –273,16±0,01°C... Woordenboek van aardrijkskunde

Zelfstandig naamwoord, aantal synoniemen: 15 rond nul (8) kleine man(32) kleine jongen... Synoniem woordenboek

De extreem lage temperatuur waarbij de thermische beweging van moleculen stopt. De druk en het volume van een ideaal gas worden volgens de wet van Boyle-Mariotte gelijk aan nul, en het begin van de absolute temperatuur op de schaal van Kelvin wordt als... ... Ecologisch woordenboek

absolute nulpunt- - [AS Goldberg. Engels-Russisch energiewoordenboek. 2006] Energieonderwerpen in het algemeen EN zeropoint ... Handleiding voor technische vertalers

Het begin van de absolute temperatuurreferentie. Komt overeen met 273,16° C. Momenteel is het in fysieke laboratoria mogelijk om een temperatuur te bereiken die slechts een paar miljoensten van een graad boven het absolute nulpunt ligt, en om deze te bereiken, volgens de wetten... ... Collier's Encyclopedie

absolute nulpunt- absolute nulis statusas T sritis Standartizacija ir metrologie apibrėžtis Termodinaminės temperatūros atskaitos pradžia, 273.16 K žemiau vandens trigubojo taško. Tai 273,16 °C, 459,69 °F bij 0 K temperatuur. atitikmenys: engels.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologies terminų žodynas

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

Absolute nultemperaturen

Absolute nultemperatuur- dit is de minimale temperatuurlimiet die kan worden bereikt fysieke lichaam. Het absolute nulpunt dient als oorsprong van een absolute temperatuurschaal, zoals de Kelvin-schaal. Op de schaal van Celsius komt het absolute nulpunt overeen met een temperatuur van −273,15 °C.

Opmerkingen

Literatuur

G. Burmin. Aanval op het absolute nulpunt. - M.: “Kinderliteratuur”, 1983.

zie ook

Wikimedia Stichting. 2010.

Absolute nultemperatuur
Absolute nultemperatuur

Kijk wat "Absolute nultemperatuur" is in andere woordenboeken:

Absolute nultemperatuur- De absolute nultemperatuur is de minimale temperatuurlimiet die een fysiek lichaam kan hebben. Het absolute nulpunt dient als uitgangspunt voor een absolute temperatuurschaal, zoals de Kelvin-schaal. Op de schaal van Celsius komt het absolute nulpunt overeen met... ... Wikipedia

ABSOLUTE NULPUNT- ABSOLUTE NUL, de temperatuur waarbij alle componenten van het systeem de minste hoeveelheid energie hebben die is toegestaan door de wetten van de QUANTUM MECHANICA; nul op de Kelvin-temperatuurschaal, oftewel 273,15°C (459,67° Fahrenheit). Bij deze temperatuur... Wetenschappelijk en technisch encyclopedisch woordenboek

Absolute temperatuurschaal

Absolute thermodynamische temperatuur- Chaotische thermische beweging op het vlak van gasdeeltjes zoals atomen en moleculen. Er zijn twee definities van temperatuur. De een vanuit moleculair kinetisch oogpunt, de ander vanuit thermodynamisch oogpunt. Temperatuur (van het Latijnse temperatura eigenlijk ... ... Wikipedia

Absolute temperatuurschaal- Chaotische thermische beweging op het vlak van gasdeeltjes zoals atomen en moleculen. Er zijn twee definities van temperatuur. De een vanuit moleculair kinetisch oogpunt, de ander vanuit thermodynamisch oogpunt. Temperatuur (van het Latijnse temperatura eigenlijk ... ... Wikipedia

Wat is het absolute nulpunt (meestal nul)? Bestaat deze temperatuur werkelijk ergens in het heelal? Kunnen we alles afkoelen tot het absolute nulpunt? echte leven? Als je je afvraagt of het mogelijk is om de koudegolf te verslaan, laten we dan de verste uithoeken van koude temperaturen verkennen...

Wat is het absolute nulpunt (meestal nul)? Bestaat deze temperatuur werkelijk ergens in het heelal? Kunnen we in het echte leven iets tot het absolute nulpunt afkoelen? Als je je afvraagt of het mogelijk is om de koudegolf te verslaan, laten we dan de verste uithoeken van koude temperaturen verkennen...

Zelfs als u geen natuurkundige bent, bent u waarschijnlijk bekend met het concept van temperatuur. Temperatuur is een maatstaf voor de hoeveelheid interne willekeurige energie van een materiaal. Het woord ‘intern’ is erg belangrijk. Gooi een sneeuwbal, en hoewel de hoofdbeweging vrij snel zal zijn, blijft de sneeuwbal behoorlijk koud. Aan de andere kant, als je kijkt naar luchtmoleculen die door een kamer vliegen, bakt een gewoon zuurstofmolecuul met duizenden kilometers per uur.

We hebben de neiging om stil te blijven als het gaat om technische details, dus laten we voor de experts opmerken dat temperatuur iets ingewikkelder is dan we zeiden. De echte definitie van temperatuur houdt in hoeveel energie je moet verbruiken voor elke eenheid van entropie (stoornis, als je een duidelijker woord wilt). Maar laten we de subtiliteiten overslaan en ons concentreren op het feit dat willekeurige lucht- of watermoleculen in het ijs steeds langzamer zullen bewegen of trillen naarmate de temperatuur daalt.

Het absolute nulpunt is een temperatuur van -273,15 graden Celsius, -459,67 Fahrenheit en simpelweg 0 Kelvin. Dit is het punt waar de thermische beweging volledig stopt.

Stopt alles?

Bij de klassieke beschouwing van dit vraagstuk stopt alles bij het absolute nulpunt, maar het is op dit moment dat het vreselijke gezicht van de kwantummechanica om de hoek naar voren gluurt. Een van de voorspellingen van de kwantummechanica die het bloed van meer dan een paar natuurkundigen heeft verwend, is dat je nooit de exacte positie of het momentum van een deeltje met perfecte zekerheid kunt meten. Dit staat bekend als het onzekerheidsprincipe van Heisenberg.

Als je een afgesloten ruimte tot het absolute nulpunt zou kunnen koelen, zouden er vreemde dingen gebeuren (daarover later meer). De luchtdruk zou tot bijna nul dalen, en aangezien de luchtdruk gewoonlijk tegen de zwaartekracht ingaat, zou de lucht instorten tot een zeer dunne laag op de vloer.

Maar toch, als je individuele moleculen kunt meten, zul je iets interessants ontdekken: ze trillen en draaien, er is gewoon een klein beetje kwantumonzekerheid aan het werk. Om de puntjes op de i te zetten: als je de rotatie van moleculen meet kooldioxide Bij het absolute nulpunt zul je merken dat zuurstofatomen met een snelheid van enkele kilometers per uur rond koolstof vliegen – veel sneller dan je dacht.

Het gesprek loopt op een dood spoor. Als we het over de kwantumwereld hebben, verliest beweging zijn betekenis. Op deze schalen wordt alles bepaald door onzekerheid, dus het is niet zo dat de deeltjes stationair zijn, je kunt ze alleen nooit meten alsof ze stationair zijn.

Asynchroon: waar )); )); t = d.getElementsByTagName("script"); s = d.createElement("script"); s.type = "tekst/javascript"; s.src = "//an.yandex.ru/systeem/context.js"; s.async = waar; t.parentNode.insertBefore(s, t); ))(dit, dit.document, "yandexContextAsyncCallbacks");

Hoe laag kan je gaan?

Het streven naar het absolute nulpunt kent in wezen dezelfde problemen als het streven naar de snelheid van het licht. Om de snelheid van het licht te bereiken is een oneindige hoeveelheid energie nodig, en het bereiken van het absolute nulpunt vereist de onttrekking van een oneindige hoeveelheid warmte. Beide processen zijn zelfs onmogelijk.

Ondanks het feit dat we de werkelijke staat van het absolute nulpunt nog niet hebben bereikt, zijn we er heel dichtbij (hoewel ‘zeer’ in dit geval een heel los concept is; zoals een kinderrijmpje: twee, drie, vier, vier en een de helft, vier aan een touwtje, vier aan een haarbreedte, vijf). De koudste temperatuur ooit gemeten op aarde werd in 1983 op Antarctica gemeten, namelijk -89,15 graden Celsius (184K).

Als je op een kinderlijke manier wilt afkoelen, moet je natuurlijk de diepte van de ruimte induiken. Het hele universum wordt overspoeld met overblijfselen van straling Oerknal, in de leegste delen van de ruimte - 2,73 graden Kelvin, wat iets kouder is dan de temperatuur van het vloeibare helium dat we een eeuw geleden op aarde konden verkrijgen.

Maar natuurkundigen op lage temperaturen gebruiken vriesstraling om de technologie naar een hoger niveau te tillen. nieuw level. Het zal je misschien verbazen te weten dat vriesstralen de vorm aannemen van lasers. Maar hoe? Lasers horen te branden.

Alles is waar, maar lasers hebben één kenmerk – je zou zelfs kunnen zeggen: het ultieme: al het licht wordt op één frequentie uitgezonden. Gewone neutrale atomen hebben helemaal geen interactie met licht, tenzij de frequentie nauwkeurig is afgestemd. Als een atoom naar een lichtbron vliegt, krijgt het licht een Dopplerverschuiving en bereikt het een hogere hoge frequentie. Het atoom absorbeert minder fotonenenergie dan het zou kunnen. Dus als je de laser lager afstemt, zullen snel bewegende atomen licht absorberen, en door een foton in een willekeurige richting uit te zenden, zullen ze gemiddeld wat energie verliezen. Als je het proces herhaalt, kun je het gas afkoelen tot een temperatuur van minder dan één nanokelvin, een miljardste graad.

Alles krijgt een extremere toon. Het wereldrecord voor de laagste temperatuur ligt minder dan een tiende miljard graden boven het absolute nulpunt. Apparaten die dit bereiken vangen atomen op magnetische velden. “Temperatuur” hangt niet zozeer af van de atomen zelf, maar van de spin van atoomkernen.

Om de gerechtigheid te herstellen moeten we een beetje creatief zijn. Wanneer we ons gewoonlijk iets voorstellen dat tot op een miljardste graad bevroren is, krijg je waarschijnlijk een beeld van zelfs luchtmoleculen die op hun plaats bevriezen. Je kunt je zelfs een destructief apocalyptisch apparaat voorstellen dat de achterkanten van atomen bevriest.

Als je echt lage temperaturen wilt ervaren, hoef je uiteindelijk alleen maar te wachten. Na ongeveer 17 miljard jaar zal de achtergrondstraling in het heelal afkoelen tot 1K. Over 95 miljard jaar zal de temperatuur ongeveer 0,01 K bedragen. Over 400 miljard jaar zal de diepe ruimte net zo koud zijn als het koudste experiment op aarde, en daarna nog kouder.

Als je je afvraagt waarom het universum zo snel afkoelt, bedank dan onze oude vrienden: entropie en donkere energie. Het universum bevindt zich in de versnellingsmodus en gaat een periode van exponentiële groei in die voor altijd zal voortduren. Dingen zullen heel snel bevriezen.

Wat kan het ons schelen?

Dit alles is natuurlijk prachtig, en records breken is ook leuk. Maar wat is het punt? Welnu, er zijn genoeg goede redenen om lage temperaturen te begrijpen, en niet alleen als winnaar.

De goede mensen van NIST willen dat bijvoorbeeld gewoon graag doen gaaf horloge. Tijdstandaarden zijn gebaseerd op zaken als de frequentie van het cesiumatoom. Als het cesiumatoom te veel beweegt, ontstaat er onzekerheid in de metingen, waardoor de klok uiteindelijk niet meer goed functioneert.

Maar wat nog belangrijker is, vooral vanuit wetenschappelijk perspectief, is dat materialen zich gek gedragen bij extreem lage temperaturen. Net zoals een laser bijvoorbeeld is gemaakt van fotonen die met elkaar zijn gesynchroniseerd - op dezelfde frequentie en fase - kan er een materiaal ontstaan dat bekend staat als een Bose-Einstein-condensaat. Daarin bevinden alle atomen zich in dezelfde toestand. Of stel je een amalgaam voor waarin elk atoom zijn individualiteit verliest en de hele massa reageert als één nul-superatoom.

Bij zeer lage temperaturen worden veel materialen supervloeibaar, wat betekent dat ze helemaal geen viscositeit meer kunnen hebben, zich in ultradunne lagen kunnen opstapelen en zelfs de zwaartekracht kunnen trotseren om een minimum aan energie te bereiken. Bovendien worden veel materialen bij lage temperaturen supergeleidend, wat betekent dat er geen elektrische weerstand is.

Supergeleiders kunnen op een zodanige manier op externe magnetische velden reageren dat ze in het metaal volledig worden opgeheven. Hierdoor kun je combineren koude temperatuur en een magneet en zoiets als levitatie krijgen.

Waarom is er wel een absoluut nulpunt, maar geen absoluut maximum?

Laten we eens naar het andere uiterste kijken. Als temperatuur eenvoudigweg een maatstaf voor energie is, kunnen we ons eenvoudigweg voorstellen dat atomen steeds dichter bij de lichtsnelheid komen. Dit kan toch niet eeuwig doorgaan?

Het korte antwoord is: dat weten we niet. Het is mogelijk dat er letterlijk zoiets bestaat als een oneindige temperatuur, maar als er een absolute limiet is, biedt het jonge universum een aantal behoorlijk interessante aanwijzingen over wat die is. Het meest warmte ooit heeft bestaan (althans in ons universum), gebeurde waarschijnlijk in de zogenaamde “Planck-tijd”.

Het was een moment 10^-43 seconden na de oerknal toen de zwaartekracht zich losmaakte van de kwantummechanica en de natuurkunde precies werd wat ze nu is. De temperatuur was toen ongeveer 10^32 K. Dit is een miljard keer heter dan de binnenkant van onze zon.

Nogmaals, we weten helemaal niet zeker of dit het meeste is warme temperatuur van alles wat had kunnen zijn. Omdat we in de tijd van Planck niet eens een groot model van het universum hebben, weten we niet eens zeker of het universum tot zo'n toestand kookte. Hoe dan ook, we zijn vele malen dichter bij het absolute nulpunt dan bij de absolute hitte.

> Absoluut nulpunt

Leer waar het gelijk aan is absolute nul temperatuur en de waarde van entropie. Ontdek wat de temperatuur is absolute nulpunt op de schaal van Celsius en Kelvin.

Absolute nulpunt– minimumtemperatuur. Dit is het punt waarop de entropie zijn laagste waarde bereikt.

Leerdoel

Begrijp waarom het absolute nulpunt een natuurlijke indicator is van het nulpunt.

Hoofdpunten

Het absolute nulpunt is universeel, dat wil zeggen dat alle materie zich bij deze indicator in de grondtoestand bevindt.
K heeft kwantummechanische nul-energie. Maar volgens de interpretatie kan de kinetische energie nul zijn en verdwijnt de thermische energie.
De laagste temperatuur onder laboratoriumomstandigheden bereikte 10-12 K. De minimale natuurlijke temperatuur was 1 K (uitbreiding van gassen in de Boemerangnevel).

Voorwaarden

Entropie is een maatstaf voor hoe uniforme energie in een systeem wordt verdeeld.
Thermodynamica is een tak van de wetenschap die warmte en de relatie ervan met energie en arbeid bestudeert.

Het absolute nulpunt is de minimumtemperatuur waarbij entropie zijn laagste waarde bereikt. Dat wil zeggen, dit is de kleinste indicator die in het systeem kan worden waargenomen. Dit is een universeel concept en fungeert als nulpunt in het systeem van temperatuureenheden.

Grafiek van druk versus temperatuur voor verschillende gassen met constant volume. Merk op dat alle grafieken extrapoleren naar nuldruk bij één temperatuur

Een systeem op het absolute nulpunt is nog steeds voorzien van kwantummechanische nulpuntsenergie. Volgens het onzekerheidsprincipe kan de positie van deeltjes niet worden bepaald absolute nauwkeurigheid. Als een deeltje op het absolute nulpunt wordt verplaatst, heeft het nog steeds een minimale energiereserve. Maar in de klassieke thermodynamica kan de kinetische energie nul zijn en verdwijnt de thermische energie.

Het nulpunt van een thermodynamische schaal, zoals Kelvin, is gelijk aan het absolute nulpunt. Internationale overeenstemming heeft vastgelegd dat de temperatuur van het absolute nulpunt 0K op de Kelvin-schaal en -273,15°C op de Celsius-schaal bereikt. De stof vertoont kwantumeffecten bij minimumtemperaturen, zoals supergeleiding en superfluïditeit. De laagste temperatuur onder laboratoriumomstandigheden was 10-12 K, en in de natuurlijke omgeving - 1 K (snelle expansie van gassen in de Boemerangnevel).

Snelle expansie van gassen leidt tot een minimaal waargenomen temperatuur