Orice corpul fizic, inclusiv toate obiectele din Univers, are un indicator de temperatură minimă sau limita acestuia. Punctul de pornire al oricărei scale de temperatură este considerat a fi valoarea temperaturii zero absolut. Dar asta este doar în teorie. Mișcarea haotică a atomilor și moleculelor, care renunță la energia lor în acest moment, nu a fost încă oprită în practică.

Acesta este motivul principal pentru care nu pot fi atinse temperaturile zero absolut. Există încă dezbateri despre consecințele acestui proces. Din punctul de vedere al termodinamicii, această limită este de neatins, deoarece mișcarea termică a atomilor și moleculelor se oprește complet și se formează o rețea cristalină.

Reprezentanții fizicii cuantice au în vedere prezența oscilațiilor minime zero la temperaturi zero absolut.

Care este valoarea temperaturii zero absolut și de ce nu poate fi atinsă

La Conferința Generală a Greutăților și Măsurilor, un etalon sau punct de referință pentru instrumente de măsurare, care determină indicatorii de temperatură.

În prezent, în Sistemul Internațional de Unități, punctul de referință pentru scara Celsius este 0°C pentru congelare și 100°C pentru fierbere, valoarea temperaturilor zero absolut este egală cu −273,15°C.

Folosind valorile temperaturii pe scara Kelvin conform aceluiași Sistem internațional de unități, fierberea apei va avea loc la valoarea de referință de 99,975 ° C, zero absolut este egal cu 0. Fahrenheit pe scară corespunde la -459,67 grade.

Dar, dacă aceste date sunt obținute, de ce atunci este imposibil să se atingă temperaturile zero absolut în practică? Pentru comparație, putem lua binecunoscuta viteză a luminii, care este egală cu valoarea fizică constantă de 1.079.252.848,8 km/h.

Cu toate acestea, această valoare nu poate fi atinsă în practică. Depinde de lungimea de undă de transmisie, de condiții și de absorbția necesară cantitate mare particule de energie. Pentru a obține valoarea temperaturilor zero absolut, este necesară o producție mare de energie și absența surselor sale pentru a împiedica intrarea în atomi și molecule.

Dar chiar și în condiții de vid complet, oamenii de știință nu au putut obține nici viteza luminii, nici temperaturile zero absolut.

De ce este posibil să se ajungă la temperaturi aproximativ zero, dar nu zero absolut?

Ce se va întâmpla atunci când știința se va apropia de atingerea temperaturii extrem de scăzute a zero absolut rămâne doar în teoria termodinamicii și a fizicii cuantice. Care este motivul pentru care temperaturile zero absolut nu pot fi atinse în practică.

Toate încercările cunoscute de a răci o substanță la limita cea mai inferioară din cauza pierderii maxime de energie au dus la faptul că capacitatea termică a substanței a atins și o valoare minimă. Moleculele pur și simplu nu au mai putut să renunțe la energia rămasă. Ca urmare, procesul de răcire s-a oprit fără a ajunge la zero absolut.

Când au studiat comportamentul metalelor în condiții apropiate de temperaturile zero absolut, oamenii de știință au descoperit că o scădere maximă a temperaturii ar trebui să provoace o pierdere a rezistenței.

Dar încetarea mișcării atomilor și moleculelor a dus doar la formarea unei rețele cristaline, prin care electronii care trec au transferat o parte din energia lor atomilor staționari. Din nou, nu a fost posibil să se ajungă la zero absolut.

În 2003, temperatura era cu doar o jumătate de miliardime din 1°C mai mică decât zero absolut. Cercetătorii NASA au folosit o moleculă de Na pentru a efectua experimente, care a fost întotdeauna într-un câmp magnetic și a renunțat la energia sa.

Cea mai apropiată realizare a fost obținută de oamenii de știință de la Universitatea Yale, care în 2014 au atins o cifră de 0,0025 Kelvin. Compusul rezultat, monofluorura de stronțiu (SrF), a durat doar 2,5 secunde. Și până la urmă tot s-a dezintegrat în atomi.

Temperatura zero absolut

Temperatura limită la care volumul unui gaz ideal devine egal cu zero este luată ca temperatura zero absolut.

Să găsim valoarea zero absolut pe scara Celsius.
Echivalarea volumului Vîn formula (3.1) zero şi ţinând cont de faptul că

.

Prin urmare, temperatura zero absolut este

t= –273 °C. 2

Acesta este finalul, cel mai mult temperatură scăzutăîn natură, acel „cel mai mare sau ultim grad de frig”, a cărui existență a prezis-o Lomonosov.

Cele mai ridicate temperaturi de pe Pământ — sute de milioane de grade — sunt obținute în timpul exploziilor de bombe termonucleare. Chiar mai mult temperaturi ridicate caracteristice regiunilor interioare ale unor stele.

2 Mai mult valoarea exacta zero absolut: –273,15 °C.

scara Kelvin

Omul de știință englez W. Kelvin a prezentat scară absolută temperaturile 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

T = t + 273. (3.2)

În fig. 3.2 arată scara absolută și scara Celsius pentru comparație.

Unitatea SI a temperaturii absolute se numeste kelvin(abreviat ca K). Prin urmare, un grad pe scara Celsius este egal cu un grad pe scara Kelvin:

Astfel, temperatura absolută, conform definiției date de formula (3.2), este o mărime derivată care depinde de temperatura Celsius și de valoarea determinată experimental a a.

Cititor: Ce semnificație fizică are temperatura absolută?

Să scriem expresia (3.1) sub forma

.

Având în vedere că temperatura de pe scara Kelvin este legată de temperatura de pe scara Celsius prin relație T = t + 273, obținem

Unde T 0 = 273 K, sau

Deoarece această relație este valabilă pentru temperatură arbitrară T, atunci legea lui Gay-Lussac poate fi formulată după cum urmează:

Pentru o masă dată de gaz la p = const este valabilă următoarea relație:

Sarcina 3.1. La temperatura T 1 = 300 K volum de gaz V 1 = 5,0 l. Determinați volumul de gaz la aceeași presiune și temperatură T= 400 K.

STOP! Decideți singuri: A1, B6, C2.

Problema 3.2.În timpul încălzirii izobare, volumul de aer a crescut cu 1%. Cu ce ​​procent a crescut temperatura absolută?

= 0,01.

Răspuns: 1 %.

Să ne amintim formula rezultată

STOP! Decideți singuri: A2, A3, B1, B5.

Legea lui Charles

Omul de știință francez Charles a stabilit experimental că dacă un gaz este încălzit astfel încât volumul său să rămână constant, presiunea gazului va crește. Dependența presiunii de temperatură are forma:

r(t) = p 0 (1 + b t), (3.6)

Unde r(t) – presiunea la temperatura t°C; r 0 – presiune la 0 °C; b este coeficientul de temperatură al presiunii, care este același pentru toate gazele: 1/K.

Cititor:În mod surprinzător, coeficientul de temperatură al presiunii b este exact egal cu coeficientul de temperatură al expansiunii volumetrice a!

Să luăm o anumită masă volumul de gaz V 0 la temperatură T 0 și presiune r 0 . Pentru prima dată, menținând constantă presiunea gazului, îl încălzim la o temperatură T 1. Atunci gazul va avea un volum V 1 = V 0 (1 + a t) și presiune r 0 .

A doua oară, menținând constant volumul de gaz, îl încălzim la aceeași temperatură T 1. Atunci gazul va avea presiune r 1 = r 0 (1 + b t) și volum V 0 .

Deoarece în ambele cazuri temperatura gazului este aceeași, legea Boyle-Mariotte este valabilă:

p 0 V 1 = p 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.

Deci nu este de mirare că a = b, nu!

Să rescriem legea lui Charles în formă

.

Având în vedere că T = t°С + 273 °С, T 0 = 273 °C, obținem

Termenul de „temperatură” a apărut într-un moment în care fizicienii credeau că corpurile calde constau mai mult dintr-o substanță specifică - calorică - decât aceleași corpuri, dar reci. Iar temperatura a fost interpretată ca o valoare corespunzătoare cantității de calorii din organism. De atunci, temperatura oricărui corp a fost măsurată în grade. Dar, de fapt, este o măsură a energiei cinetice a moleculelor în mișcare și, pe baza acesteia, ar trebui măsurată în Jouli, în conformitate cu Sistemul de unități C.

Conceptul de „temperatura zero absolut” provine din a doua lege a termodinamicii. Potrivit acestuia, procesul de transfer de căldură de la un corp rece la unul cald este imposibil. Acest concept a fost introdus de fizicianul englez W. Thomson. Pentru realizările sale în fizică, a primit titlul de nobilime „Lord” și titlul de „Baron Kelvin”. În 1848, W. Thomson (Kelvin) a propus să folosească o scală de temperatură în care a luat ca punct de pornire temperatura zero absolută, corespunzătoare frigului extrem, și a luat grade Celsius ca valoare de diviziune. Unitatea Kelvin este 1/27316 din temperatura punctului triplu al apei (aproximativ 0 grade C), i.e. temperatura la care apă curată Se găsește imediat sub trei forme: gheață, apă lichidă și abur. temperatura este temperatura minimă posibilă scăzută la care se oprește mișcarea moleculelor și nu mai este posibilă extragerea acesteia din substanță energie termică. De atunci, scala de temperatură absolută a fost numită după el.

Temperatura este măsurată pe diferite scări

Scala de temperatură cea mai frecvent utilizată se numește scala Celsius. Se bazează pe două puncte: temperatura tranziției de fază a apei de la lichid la abur și apă la gheață. A. Celsius în 1742 a propus distanța dintre puncte de referințăîmpărțiți în 100 de intervale și luați apa ca zero, cu punctul de îngheț la 100 de grade. Dar suedezul K. Linnaeus a sugerat să se facă opusul. De atunci, apa a înghețat la zero grade A. Celsius. Deși ar trebui să fiarbă exact la Celsius. Zero absolut Celsius corespunde cu minus 273,16 grade Celsius.

Există mai multe scări de temperatură: Fahrenheit, Reaumur, Rankin, Newton, Roemer. Au prețuri diferite de diviziune. De exemplu, scara Reaumur este construită și pe punctele de referință de fierbere și înghețare a apei, dar are 80 de diviziuni. Scara Fahrenheit, care a apărut în 1724, este folosită în viața de zi cu zi doar în unele țări ale lumii, inclusiv în SUA; una este temperatura amestecului de apă gheață și amoniac, iar cealaltă este temperatura corpului uman. Scara este împărțită în o sută de diviziuni. Zero Celsius corespunde 32 Conversia grade Fahrenheit se poate face folosind formula: F = 1,8 C + 32. Conversie inversă: C = (F - 32)/1,8, unde: F - grade Fahrenheit, C - grade Celsius. Dacă vă este prea lene să numărați, accesați un serviciu online pentru conversia Celsius în Fahrenheit. În casetă, introduceți numărul de grade Celsius, faceți clic pe „Calculați”, selectați „Fahrenheit” și faceți clic pe „Start”. Rezultatul va apărea imediat.

Numit după fizicianul englez (mai precis scoțian) William J. Rankin, care a fost contemporan cu Kelvin și unul dintre creatorii termodinamicii tehnice. Există trei puncte importante în scara sa: începutul este zero absolut, punctul de îngheț al apei este de 491,67 grade Rankine și punctul de fierbere al apei este de 671,67 grade. Numărul de diviziuni dintre înghețarea apei și fierberea acesteia atât pentru Rankine, cât și pentru Fahrenheit este de 180.

Majoritatea acestor cântare sunt folosite exclusiv de fizicieni. Și 40% dintre școlarii americani intervievați astăzi cursuri de absolvire Ei au spus că nu știu ce este temperatura zero absolut.

Temperatura absolută zero corespunde cu 273,15 grade Celsius sub zero, 459,67 sub zero Fahrenheit. Pentru scala de temperatură Kelvin, această temperatură în sine este marcajul zero.

Esența temperaturii zero absolut

Conceptul de zero absolut provine din însăși esența temperaturii. Orice corp care dă departe mediu externîn timpul . În același timp, temperatura corpului scade, adică. rămâne mai puțină energie. Teoretic, acest proces poate continua până când cantitatea de energie atinge un astfel de minim încât organismul nu o mai poate da.
Un precursor îndepărtat al unei astfel de idei poate fi găsit deja în M.V. Marele om de știință rus a explicat căldura prin mișcare „rotativă”. În consecință, gradul maxim de răcire este o oprire completă a unei astfel de mișcări.

De idei moderne, temperatura zero absolut – la care moleculele au cel mai scăzut nivel de energie posibil. La cantitate mai mica energie, adică la o temperatură mai scăzută, nici un corp fizic nu poate exista.

Teorie și practică

Temperatura zero absolut este un concept teoretic, este imposibil de realizat în practică, în principiu, chiar și în laboratoarele științifice cu cele mai sofisticate echipamente. Dar oamenii de știință reușesc să răcească substanța la temperaturi foarte scăzute, care sunt aproape de zero absolut.

La astfel de temperaturi substanțele dobândesc proprietăți uimitoare, pe care nu le pot avea în circumstanțe normale. Mercurul, care se numește „argint viu”, deoarece se află într-o stare apropiată de lichid, devine solid la această temperatură – până la punctul în care poate fi folosit pentru a bate unghiile. Unele metale devin casante, precum sticla. Cauciucul devine la fel de dur. Dacă loviți un obiect de cauciuc cu un ciocan la o temperatură apropiată de zero absolut, acesta se va sparge ca sticla.

Această modificare a proprietăților este, de asemenea, asociată cu natura căldurii. Cu cât temperatura corpului fizic este mai mare, cu atât moleculele se mișcă mai intens și mai haotic. Pe măsură ce temperatura scade, mișcarea devine mai puțin intensă și structura devine mai ordonată. Deci un gaz devine lichid, iar un lichid devine solid. Nivelul suprem de ordine este structura cristalină. La temperaturi foarte scăzute, chiar și substanțele care rămân în mod normal amorfe, cum ar fi cauciucul, îl dobândesc.

Fenomene interesante apar și cu metalele. Atomii rețelei cristaline vibrează cu o amplitudine mai mică, împrăștierea electronilor scade și, prin urmare, scade rezistenta electrica. Metalul capătă supraconductivitate, aplicare practică care pare foarte tentant, deși greu de realizat.

Surse:

• Livanova A. Temperaturi scăzute, zero absolut și mecanică cuantică

Corp– acesta este unul dintre conceptele de bază în fizică, ceea ce înseamnă forma de existență a materiei sau substanței. Acesta este un obiect material care se caracterizează prin volum și masă, uneori și prin alți parametri. Corpul fizic este separat clar de alte corpuri printr-o graniță. Există mai multe tipuri speciale de corpuri fizice; enumerarea lor nu trebuie înțeleasă ca o clasificare.

În mecanică, un corp fizic este cel mai adesea înțeles ca un punct material. Acesta este un fel de abstractizare, a cărei principală proprietate este faptul că dimensiunile reale ale corpului pot fi neglijate pentru rezolvarea unei anumite probleme. Cu alte cuvinte, un punct material este un corp foarte specific care are dimensiuni, formă și alte caracteristici similare, dar nu sunt importante pentru a rezolva problema existentă. De exemplu, dacă trebuie să numărați un obiect pe o anumită secțiune a căii, puteți ignora complet lungimea acestuia atunci când rezolvați problema. Un alt tip de corp fizic considerat de mecanică este un corp absolut rigid. Mecanica unui astfel de corp este exact aceeași cu mecanica unui punct material, dar în plus are și alte proprietăți. Un corp absolut rigid este format din puncte, dar nici distanța dintre ele și nici distribuția masei nu se modifică sub sarcinile la care este supus corpul. Aceasta înseamnă că nu poate fi deformată. Pentru a determina poziția unui corp absolut rigid, este suficient să specificați un sistem de coordonate atașat acestuia, de obicei cartezian. În cele mai multe cazuri, centrul de masă este și centrul sistemului de coordonate. Nu există un corp absolut rigid, dar pentru rezolvarea multor probleme o astfel de abstractizare este foarte convenabilă, deși nu este luată în considerare în mecanica relativistă, deoarece cu mișcări a căror viteză este comparabilă cu viteza luminii, acest model demonstrează contradicții interne. Absolut invers corp solid este un corp deformabil care poate fi deplasat unul față de celălalt. Există tipuri speciale de corpuri fizice în alte ramuri ale fizicii. De exemplu, în termodinamică a fost introdus conceptul de corp absolut negru. Acesta este un model ideal, un corp fizic care absoarbe absolut toată radiația electromagnetică care îl lovește. În același timp, el însuși poate produce radiații electromagnetice și poate avea orice culoare. Un exemplu de obiect care este cel mai apropiat ca proprietăți de un corp absolut negru este Soarele. Dacă luăm substanțe comune dincolo de Pământ, ne putem aminti funinginea, care absoarbe 99% din radiația care cade pe ea, cu excepția infraroșului, care face față absorbției mult mai rău.

Video pe tema

Zero absolut corespunde unei temperaturi de -273,15 °C.

Se crede că zero absolut este de neatins în practică. Existența și poziția sa pe scara temperaturii rezultă din extrapolarea fenomenelor fizice observate, iar o astfel de extrapolare arată că la zero absolut energia mișcării termice a moleculelor și atomilor unei substanțe ar trebui să fie egală cu zero, adică mișcarea haotică a particulelor. se oprește și formează o structură ordonată, ocupând poziție clară în nodurile rețelei cristaline. Cu toate acestea, de fapt, chiar și la temperatura zero absolut, mișcările regulate ale particulelor care alcătuiesc materia vor rămâne. Oscilațiile rămase, cum ar fi oscilațiile în punctul zero, se datorează proprietăților cuantice ale particulelor și vidului fizic care le înconjoară.

În prezent, în laboratoarele de fizică s-au putut obține temperaturi care depășesc zero absolut cu doar câteva milionimi de grad; a-l realiza singur, conform legilor termodinamicii, este imposibil.

Note

Literatură

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

Vezi de asemenea

Fundația Wikimedia.

Sinonime

Vedeți ce este „zero absolut” în alte dicționare: Temperaturi, originea temperaturii pe scala de temperatură termodinamică (vezi SCALA 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 Temperaturile, originea temperaturii pe scara termodinamică a temperaturii. 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... ...

Temperaturile este punctul de plecare pentru temperatura pe scara termodinamică a temperaturii. 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

Temperatura care exprimă absența căldurii este de 218° C. Vocabular cuvinte străine, inclus în limba rusă. Pavlenkov F., 1907. temperatura zero absolută (fizică) - cea mai scăzută temperatură posibilă (273,15°C). Dicționar mare… … Dicționar de cuvinte străine ale limbii ruse

zero absolut- Temperatura extrem de scăzută la care se oprește mișcarea termică a moleculelor pe scara Kelvin, zero absolut (0°K) corespunde cu –273,16±0,01°C... Dicţionar de Geografie

Substantiv, număr de sinonime: 15 runda zero (8) omuleț(32) prăjiți mici... Dicţionar de sinonime

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- - [A.S. Goldberg. Dicționar energetic englez-rus. 2006] Subiecte energetice în general EN zeropoint... Ghidul tehnic al traducătorului

Începutul referinței absolute de temperatură. 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

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

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