Jebkuram mērījumam ir nepieciešams atskaites punkts. Temperatūra nav izņēmums. Fārenheita skalai šis nulles punkts ir sniega temperatūra, kas sajaukta ar galda sāls, Celsija skalai - ūdens sasalšanas punkts. Bet ir īpašs temperatūras atskaites punkts - absolūtā nulle. Absolūtā nulles temperatūra atbilst 273,15 grādiem pēc Celsija zem nulles, 459,67 zem nulles pēc Fārenheita. Kelvina temperatūras skalai šī temperatūra pati par sevi ir nulles atzīme.
Absolūtās nulles temperatūras būtība
Absolūtās nulles jēdziens izriet no pašas temperatūras būtības. Jebkuram ķermenim ir enerģija, ko tas siltuma pārneses laikā dod ārējai videi. Šajā gadījumā ķermeņa temperatūra pazeminās, t.i. paliek mazāk enerģijas. Teorētiski šis process var turpināties, līdz enerģijas daudzums sasniedz tādu minimumu, pie kura organisms vairs nevar to atdot.Tālu priekšvēstnesi šādai idejai var atrast jau M.V.Lomonosovā. Lielais krievu zinātnieks siltumu skaidroja ar "rotācijas" kustību. Tāpēc ierobežojošā dzesēšanas pakāpe ir pilnīga šādas kustības apturēšana.Saskaņā ar modernas idejas, absolūtā nulles temperatūra ir vielas stāvoklis, kurā molekulas atrodas zemākajā iespējamajā enerģijas līmenī. Ar mazāku enerģiju, t.i. zemākā temperatūrā nekāda fiziskais ķermenis nevar pastāvēt.
Teorija un prakse
Absolūtā nulles temperatūra ir teorētisks jēdziens, to praktiski nav iespējams sasniegt principā pat zinātnisko laboratoriju apstākļos ar vismodernāko aprīkojumu. Bet zinātniekiem izdodas atdzist vielu līdz ļoti zemai temperatūrai, kas ir tuvu absolūtai nullei.Šādā temperatūrā vielas iegūst pārsteidzošas īpašības, kuras normālos apstākļos tām nevar būt. Dzīvsudrabs, ko sauc par "dzīvo sudrabu" tā gandrīz šķidrā stāvokļa dēļ, šajā temperatūrā kļūst ciets līdz vietai, kur var āmurēt naglas. Daži metāli kļūst trausli, piemēram, stikls. Gumija kļūst cieta un trausla. Ja absolūtai nullei tuvā temperatūrā ar āmuru uzsitīsi pa gumijas priekšmetu, tas saplīs kā stikls.Šāda īpašību maiņa ir saistīta arī ar siltuma dabu. Jo augstāka ir fiziskā ķermeņa temperatūra, jo intensīvāk un haotiskāk pārvietojas molekulas. Temperatūrai pazeminoties, kustība kļūst mazāk intensīva, un struktūra kļūst sakārtotāka. Tātad gāze kļūst par šķidrumu, un šķidrums kļūst par cietu. Ierobežojošais kārtības līmenis ir kristāla struktūra. Ultrazemā temperatūrā to iegūst pat tādas vielas, kas normālā stāvoklī paliek amorfas, piemēram, gumija.Interesantas parādības notiek arī ar metāliem. Kristāla režģa atomi vibrē ar mazāku amplitūdu, samazinās elektronu izkliede, līdz ar to samazinās elektriskā pretestība. Metāls iegūst supravadītspēju, praktiska izmantošana kas šķiet ļoti vilinoši, lai gan grūti sasniedzams.Zinātne
Vēl nesen aukstākā temperatūra, kāda varēja būt fiziskajam ķermenim, bija "absolūtās nulles" temperatūra pēc Kelvina skalas. Tas atbilst -273,15 grādi pēc Celsija vai –460 grādi pēc Fārenheita.
Tagad fiziķi no Vācijas ir spējuši sasniegt temperatūru zem absolūtās nulles. Šāds atklājums palīdzēs zinātniekiem izprast tādas parādības kā tumšā enerģija un radīt jaunas matērijas formas.
Absolūtā nulles temperatūra
19. gadsimta vidū britu fiziķis Lords Kelvins izveidoja absolūtās temperatūras skalu un noteica, ka nekas nevar būt aukstāks par absolūto nulli. Kad daļiņas ir absolūtā nulles temperatūrā, tās pārstāj kustēties un tām nav enerģijas.
Objekta temperatūra ir mērs, cik daudz atomi pārvietojas. Jo aukstāks objekts, jo lēnāk pārvietojas atomi. Pie absolūtās nulles jeb -273,15 grādiem pēc Celsija atomi pārstāj kustēties.
Piecdesmitajos gados fiziķi sāka strīdēties, ka daļiņas ne vienmēr zaudē enerģiju pie absolūtās nulles.
Zinātnieki no Ludviga Maksimiliāna universitāte Minhenē un Maksa Planka kvantu optikas institūts gadā Garching radīja gāzi, kas kļuva par dažiem nanokelviniem aukstāks par absolūto nulli.
Viņi atdzesēja aptuveni 100 000 atomu līdz dažu nanokelvinu pozitīvai temperatūrai (nanokelvīns ir viena miljardā daļa no kelvina) un izmantoja lāzera staru un magnētisko lauku tīklu, lai kontrolētu atomu uzvedību un virzītu tos līdz jaunai temperatūras robežai.
augstākā temperatūra
Ja tiek ņemta vērā zemākā iespējamā temperatūra absolūtā nulle, tad kādu temperatūru var uzskatīt par tās pretēju - augstāko temperatūru? Saskaņā ar kosmoloģiskajiem modeļiem augstākā iespējamā temperatūra ir Planka temperatūra, kas atbilst 1,416785(71)x1032 kelviniem (141 nonillion 679 oktiljoni grādi).
Mūsu Visums jau ir izgājis cauri Planka temperatūrai. Tas notika 10^-42 sekundes pēc tam lielais sprādziens kad dzima Visums.
Zemākā temperatūra uz Zemes
Zemākā temperatūra uz Zemes tika reģistrēta 1983. gada 21. jūlijā Vostokas stacijā Antarktīdā, un tā bija -89,2 grādi pēc Celsija.
Vostokas stacija ir aukstākā pastāvīgi apdzīvotā vieta uz Zemes. To 1957. gadā dibināja Krievija, un tā atrodas 3488 metru augstumā virs jūras līmeņa.
Augstākā temperatūra uz Zemes
Augstākā temperatūra uz Zemes tika reģistrēta 1913. gada 10. jūlijā Nāves ielejā Kalifornijā un tā bija 56,7 grādi pēc Celsija.
Tika atspēkots iepriekšējais pasaules augstākās temperatūras rekords Al Azizijas pilsētā Lībijā, kas bija 57,7 grādi pēc Celsija. Pasaules meteoroloģiskā organizācija datu neuzticamības dēļ.
Absolūtā nulle atbilst –273,15 °C temperatūrai.
Tiek uzskatīts, ka absolūtā nulle praksē nav sasniedzama. Tās esamība un novietojums temperatūras skalā izriet no novēroto fizikālo parādību ekstrapolācijas, savukārt šāda ekstrapolācija parāda, ka pie absolūtās nulles vielas molekulu un atomu termiskās kustības enerģijai jābūt vienādai ar nulli, tas ir, daļiņu haotiskā kustība apstājas, un tās veido sakārtotu struktūru, ieņemot skaidru pozīciju kristāla režģa mezglos. Tomēr patiesībā pat absolūtā nulles temperatūrā matēriju veidojošo daļiņu regulārās kustības saglabāsies. Atlikušās svārstības, piemēram, nulles punkta vibrācijas, ir saistītas ar daļiņu kvantu īpašībām un fizisko vakuumu, kas tās ieskauj.
Šobrīd fizikālās laboratorijas ir spējušas iegūt temperatūru, kas pārsniedz absolūto nulli tikai par dažām grāda miljondaļām; to nav iespējams sasniegt saskaņā ar termodinamikas likumiem.
Piezīmes
Literatūra
- G. Burmins. Vētra absolūtā nulle. - M .: "Bērnu literatūra", 1983.
Skatīt arī
Wikimedia fonds. 2010 .
Sinonīmi:Skatiet, kas ir "absolūtā nulle" citās vārdnīcās:
Temperatūras, temperatūras izcelsme uz termodinamiskās temperatūras skalas (skat. TERMODINAMISKĀS TEMPERATŪRAS SKALU). Absolūtā nulle atrodas par 273,16 ° C zem ūdens trīskāršā punkta temperatūras (skat. TRĪSPUNKTS), kurai ... ... enciklopēdiskā vārdnīca
Temperatūras, temperatūras izcelsme uz termodinamiskās temperatūras skalas. Absolūtā nulle atrodas 273,16°C zem ūdens trīspunkta temperatūras (0,01°C). Absolūtā nulle būtībā ir nesasniedzama, temperatūras praktiski ir sasniegtas, ... ... Mūsdienu enciklopēdija
Temperatūra ir temperatūras rādījuma izcelsme termodinamiskās temperatūras skalā. Absolūtā nulle atrodas 273,16.C zem ūdens trīskāršā punkta temperatūras, kurai tiek pieņemta vērtība 0,01.C. Absolūtā nulle būtībā ir nesasniedzama (sk. ... ... Lielā enciklopēdiskā vārdnīca
Temperatūra, kas izsaka siltuma neesamību, ir 218 ° C. Krievu valodā iekļauto svešvārdu vārdnīca. Pavļenkovs F., 1907. absolūtā nulles temperatūra (fiz.) – zemākā iespējamā temperatūra (273,15°C). Lielā vārdnīca… … Krievu valodas svešvārdu vārdnīca
absolūtā nulle- Ārkārtīgi zemā temperatūra, pie kuras apstājas molekulu termiskā kustība, Kelvina skalā absolūtā nulle (0°K) atbilst -273,16 ± 0,01°C ... Ģeogrāfijas vārdnīca
Pastāv, sinonīmu skaits: 15 apaļa nulle (8) mazs cilvēks(32) mazie mazuļi ... Sinonīmu vārdnīca
Ārkārtīgi zema temperatūra, pie kuras apstājas molekulu termiskā kustība. Ideālās gāzes spiediens un tilpums saskaņā ar Boila Mariota likumu kļūst vienāds ar nulli, un tiek ņemts absolūtās temperatūras atskaites punkts Kelvina skalā ... ... Ekoloģiskā vārdnīca
absolūtā nulle- - [A.S. Goldbergs. Angļu krievu enerģētikas vārdnīca. 2006] Tēmas enerģija kopumā EN nulles punkts … Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata
Absolūtais temperatūras atskaites punkts. Atbilst 273,16 ° C. Šobrīd fizikālajās laboratorijās bija iespējams iegūt temperatūru, kas pārsniedz absolūto nulli tikai par dažām grāda miljondaļām, bet to sasniegt saskaņā ar likumiem ... ... Collier enciklopēdija
absolūtā nulle- 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 vai 0 K temperatūra. atitikmenys: engl.… … Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas
absolūtā nulle- absoliutusis nulis statusas T joma chemija apibrėžtis Kelvino skalės nulis (−273,16 °C). atitikmenys: engl. absolūta nulle rus. absolūtā nulle... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas
Vai esat kādreiz domājuši par to, cik zema var būt temperatūra? Kas ir absolūtā nulle? Vai cilvēce kādreiz to spēs sasniegt un kādas iespējas pavērsies pēc šāda atklājuma? Šie un citi līdzīgi jautājumi jau sen ir nodarbinājuši daudzu fiziķu un vienkārši zinātkāru cilvēku prātus.
Kas ir absolūtā nulle
Pat ja jums kopš bērnības nepatika fizika, jūs droši vien zināt temperatūras jēdzienu. Pateicoties molekulāri kinētiskajai teorijai, mēs tagad zinām, ka starp to un molekulu un atomu kustībām pastāv noteikta statiska saikne: jo augstāka ir jebkura fiziskā ķermeņa temperatūra, jo ātrāk tā atomi pārvietojas un otrādi. Rodas jautājums: "Vai ir tāda apakšējā robeža, pie kuras elementārdaļiņas sasalst savā vietā?". Zinātnieki uzskata, ka teorētiski tas ir iespējams, termometra stabiņš būs ap -273,15 grādiem pēc Celsija. Šo vērtību sauc par absolūto nulli. Citiem vārdiem sakot, šī ir minimālā iespējamā robeža, līdz kurai var atdzist fizisko ķermeni. Ir pat absolūtā temperatūras skala (Kelvina skala), kurā absolūtā nulle ir atskaites punkts, un skalas vienības dalījums ir vienāds ar vienu grādu. Zinātnieki visā pasaulē nebeidz strādāt, lai sasniegtu šo vērtību, jo tas sola lielas perspektīvas cilvēcei.
Kāpēc tas ir tik svarīgi
Īpaši zemas un ārkārtīgi augstas temperatūras ir cieši saistītas ar superfluiditātes un supravadītspējas jēdzienu. Elektriskās pretestības izzušana supravadītājos ļaus sasniegt neiedomājamas efektivitātes vērtības un novērst jebkādus enerģijas zudumus. Ja būtu iespējams atrast veidu, kas ļautu brīvi sasniegt "absolūtās nulles" vērtību, daudzas cilvēces problēmas tiktu atrisinātas. Vilcieni, kas kursē virs sliedēm, vieglāki un mazāki dzinēji, transformatori un ģeneratori, augstas precizitātes magnetoencefalogrāfija, augstas precizitātes pulksteņi ir tikai daži piemēri tam, ko supravadītspēja var dot mūsu dzīvē.
Jaunākie zinātnes sasniegumi
2003. gada septembrī MIT un NASA pētniekiem izdevās atdzesēt nātrija gāzi līdz visu laiku zemākajam līmenim. Eksperimenta laikā viņiem līdz finiša līnijai (absolūtā nulle) pietrūka tikai grāda pusmiljardā daļa. Pārbaužu laikā nātrijs vienmēr atradās magnētiskajā laukā, kas neļāva tam pieskarties konteinera sieniņām. Ja būtu iespējams pārvarēt temperatūras barjeru, molekulārā kustība gāzē pilnībā apstātos, jo šāda dzesēšana no nātrija iegūtu visu enerģiju. Pētnieki izmantoja tehniku, kuras autors (Wolfgang Ketterle) saņēma 2001. gadā Nobela prēmija fizikā. Veikto testu galvenais punkts bija gāzveida Bozes-Einšteina kondensācijas procesi. Tikmēr neviens vēl nav atcēlis trešo termodinamikas likumu, saskaņā ar kuru absolūtā nulle ir ne tikai nepārvarama, bet arī nesasniedzama vērtība. Turklāt tiek piemērots Heizenberga nenoteiktības princips, un atomi vienkārši nevar apstāties savā ceļā. Līdz ar to pagaidām absolūtā nulles temperatūra zinātnei paliek nesasniedzama, lai gan zinātnieki tai ir spējuši pietuvoties niecīgi mazā attālumā.
Fizikālais jēdziens "absolūtā nulles temperatūra" ir paredzēts mūsdienu zinātneļoti svarīgi: ar to ir cieši saistīts tāds jēdziens kā supravadītspēja, kuras atklāšana radīja vērienu 20. gadsimta otrajā pusē.
Lai saprastu, kas ir absolūtā nulle, jāatsaucas uz tādu slavenu fiziķu kā G. Fārenheita, A. Celsija, Dž. Geja-Lusaka un V. Tomsona darbiem. Tieši viņiem bija galvenā loma galveno temperatūras skalu izveidē, ko joprojām izmanto mūsdienās.
Pirmais, kas 1714. gadā piedāvāja savu temperatūras skalu, bija vācu fiziķis G. Fārenheits. Tajā pašā laikā maisījuma, kurā bija sniegs un amonjaks, temperatūra tika uzskatīta par absolūtu nulli, tas ir, zemāko punktu šajā skalā. Nākamais svarīgais rādītājs bija, kas sāka līdzināties 1000. Attiecīgi katrs šīs skalas dalījums tika saukts par “Fārenheita grādu”, bet pati skala tika saukta par “Fārenheita skalu”.
Pēc 30 gadiem zviedru astronoms A. Celsijs ierosināja savu temperatūras skalu, kur galvenie punkti bija ledus un ūdens kušanas temperatūra. Šo skalu sauca par "Celsija skalu", tā joprojām ir populāra lielākajā daļā pasaules valstu, tostarp Krievijā.
1802. gadā, veicot savus slavenos eksperimentus, franču zinātnieks J. Gay-Lussac atklāja, ka gāzes masas tilpums nemainīgā spiedienā ir tieši atkarīgs no temperatūras. Bet pats interesantākais bija tas, ka, temperatūrai mainoties par 10 grādiem pēc Celsija, gāzes tilpums palielinājās vai samazinājās par tādu pašu daudzumu. Veicis nepieciešamos aprēķinus, Gay-Lussac atklāja, ka šī vērtība ir vienāda ar 1/273 no gāzes tilpuma temperatūrā, kas vienāda ar 0C.
No šī likuma izriet acīmredzams secinājums: temperatūra, kas vienāda ar -2730C, ir zemākā temperatūra, kurai pat tuvojoties nav iespējams sasniegt. Šo temperatūru sauc par "absolūtās nulles temperatūru".
Turklāt absolūtā nulle kļuva par sākuma punktu absolūtās temperatūras skalas izveidei, kurā aktīvi piedalījās angļu fiziķis V. Tomsons, pazīstams arī kā Lords Kelvins.
Viņa galvenie pētījumi attiecās uz pierādījumu tam, ka dabā nevienu ķermeni nevar atdzesēt zem absolūtās nulles. Tajā pašā laikā viņš aktīvi izmantoja otro, tāpēc viņa 1848. gadā ieviestā absolūtā temperatūras skala kļuva pazīstama kā termodinamiskā jeb "Kelvina skala".
Turpmākajos gados un gadu desmitos notika tikai jēdziena "absolūtā nulle" skaitliskā precizēšana, kas pēc daudzām vienošanās tika uzskatīta par vienādu ar -273,150С.
Ir arī vērts atzīmēt, ka absolūtā nulle spēlē ļoti svarīga loma Lieta tāda, ka 1960. gadā nākamajā Ģenerālajā svaru un mēru konferencē termodinamiskās temperatūras mērvienība – kelvins – kļuva par vienu no sešām pamatmērvienībām. Tajā pašā laikā tika īpaši noteikts, ka viens Kelvina grāds ir skaitliski vienāds ar vienu, tikai šeit atskaites punkts “pēc Kelvina” tiek uzskatīts par absolūtu nulli, tas ir, -273,150С.
Absolūtās nulles galvenā fiziskā nozīme ir tāda, ka saskaņā ar pamata fiziskie likumi, šajā temperatūrā kustības enerģija elementārdaļiņas, piemēram, atomi un molekulas, ir vienāds ar nulli, un šajā gadījumā jebkurai šo daļiņu haotiskajai kustībai vajadzētu apstāties. Temperatūrā, kas vienāda ar absolūto nulli, atomiem un molekulām ir jāieņem skaidra pozīcija kristāla režģa galvenajos punktos, veidojot sakārtotu sistēmu.
Pašlaik, izmantojot speciālu aprīkojumu, zinātnieki ir spējuši iegūt temperatūru, kas ir tikai dažas miljondaļas augstāka par absolūto nulli. Šo vērtību fiziski nav iespējams sasniegt iepriekš aprakstītā otrā termodinamikas likuma dēļ.
