Haben Sie jemals darüber nachgedacht, wie kalt die Temperatur sein kann? Was ist der absolute Nullpunkt? Wird die Menschheit es jemals erreichen können und welche Möglichkeiten eröffnen sich nach einer solchen Entdeckung? Diese und andere ähnliche Fragen beschäftigen seit langem viele Physiker und einfach neugierige Menschen.
Was ist absolut null
Auch wenn Sie Physik seit Ihrer Kindheit nicht mochten, kennen Sie wahrscheinlich das Konzept der Temperatur. Dank der Theorie der Molekularkinetik wissen wir heute, dass zwischen ihr und den Bewegungen von Molekülen und Atomen ein gewisser statischer Zusammenhang besteht: Je höher die Temperatur eines physischen Körpers ist, desto schneller bewegen sich seine Atome und umgekehrt. Es stellt sich die Frage: „Gibt es eine solche untere Grenze, bei der Elementarteilchen einfrieren?“. Wissenschaftler glauben, dass dies theoretisch möglich ist, das Thermometer wird bei etwa -273,15 Grad Celsius stehen. Dieser Wert wird absoluter Nullpunkt genannt. Mit anderen Worten, dies ist die minimal mögliche Grenze, bis zu der ein physischer Körper gekühlt werden kann. Es gibt sogar eine absolute Temperaturskala (die Kelvin-Skala), bei der der absolute Nullpunkt der Bezugspunkt ist und die Einheitenteilung der Skala gleich einem Grad ist. Wissenschaftler auf der ganzen Welt arbeiten unablässig daran, diesen Wert zu erreichen, denn er verspricht große Perspektiven für die Menschheit.
Warum ist es so wichtig
Extrem niedrige und extrem hohe Temperaturen sind eng mit dem Konzept der Suprafluidität und Supraleitung verbunden. Das Verschwinden des elektrischen Widerstands in Supraleitern wird es ermöglichen, ungeahnte Wirkungsgrade zu erreichen und Energieverluste zu eliminieren. Wenn es gelänge, einen Weg zu finden, der es erlaubt, den Wert des "absoluten Nullpunkts" frei zu erreichen, wären viele Probleme der Menschheit gelöst. Über den Gleisen schwebende Züge, leichtere und kleinere Motoren, Transformatoren und Generatoren, hochpräzise Magnetoenzephalographie, hochpräzise Uhren sind nur einige Beispiele dafür, was Supraleitung in unser Leben bringen kann.
Neueste wissenschaftliche Errungenschaften
Im September 2003 gelang es Forschern des MIT und der NASA, Natriumgas auf ein Allzeittief abzukühlen. Während des Experiments fehlten ihnen nur ein halbes Milliardstel Grad an der Ziellinie (dem absoluten Nullpunkt). Während der Tests befand sich Natrium immer in einem Magnetfeld, das verhinderte, dass es die Wände des Behälters berührte. Wenn es gelänge, die Temperaturbarriere zu überwinden, würde die molekulare Bewegung im Gas vollständig zum Erliegen kommen, weil eine solche Abkühlung dem Natrium die gesamte Energie entziehen würde. Die Forscher wandten eine Technik an, deren Autor (Wolfgang Ketterle) 2001 den Nobelpreis für Physik erhielt. Kernpunkt der durchgeführten Tests waren die gasförmigen Bose-Einstein-Kondensationsprozesse. Inzwischen hat noch niemand den dritten Hauptsatz der Thermodynamik aufgehoben, wonach der absolute Nullpunkt nicht nur ein unüberwindbarer, sondern auch ein unerreichbarer Wert ist. Außerdem gilt die Heisenbergsche Unschärferelation, und Atome können einfach nicht stehen bleiben. Damit bleibt der absolute Temperaturnullpunkt für die Wissenschaft vorerst unerreichbar, auch wenn sich Wissenschaftler ihm auf vernachlässigbar geringe Entfernung nähern konnten.
Jede Messung erfordert einen Bezugspunkt. Temperatur ist keine Ausnahme. Bei der Fahrenheit-Skala ist eine solche Nullmarke die Temperatur von mit Kochsalz vermischtem Schnee, bei der Celsius-Skala der Gefrierpunkt von Wasser. Aber es gibt einen speziellen Temperaturbezugspunkt - den absoluten Nullpunkt. Die absolute Temperatur Null entspricht 273,15 Grad Celsius unter Null, 459,67 unter Null Fahrenheit. Für die Kelvin-Temperaturskala ist diese Temperatur selbst die Nullmarke.
Die Essenz der absoluten Nulltemperatur
Das Konzept des absoluten Nullpunkts kommt von der Essenz der Temperatur. Jeder Körper hat Energie, die er während der Wärmeübertragung an die äußere Umgebung abgibt. In diesem Fall sinkt die Körpertemperatur, d.h. es bleibt weniger Energie übrig. Theoretisch kann dieser Prozess so lange andauern, bis die Energiemenge ein solches Minimum erreicht, bei dem der Körper sie nicht mehr abgeben kann.Ein entfernter Vorbote einer solchen Idee ist bereits in M. V. Lomonosov zu finden. Der große russische Wissenschaftler erklärte Wärme durch „rotierende“ Bewegung. Daher stellt der begrenzende Grad der Abkühlung einen vollständigen Stopp einer solchen Bewegung dar. Nach modernen Konzepten ist die absolute Nulltemperatur ein Zustand der Materie, in dem Moleküle das niedrigstmögliche Energieniveau haben. Mit weniger Energie, d.h. bei einer niedrigeren Temperatur kann kein physischer Körper existieren.
Theorie und Praxis
Die absolute Nulltemperatur ist ein theoretisches Konzept, das in der Praxis im Prinzip selbst unter den Bedingungen wissenschaftlicher Labors mit der fortschrittlichsten Ausrüstung nicht erreicht werden kann. Wissenschaftlern gelingt es jedoch, Materie auf sehr tiefe Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt abzukühlen, bei solchen Temperaturen erhalten Substanzen erstaunliche Eigenschaften, die sie unter normalen Umständen nicht haben können. Quecksilber, wegen seines nahezu flüssigen Zustands „lebendes Silber“ genannt, wird bei dieser Temperatur so fest, dass es Nägel einschlagen kann. Manche Metalle werden spröde, wie Glas. Gummi wird hart und spröde. Wenn Sie bei einer Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt mit einem Hammer auf einen Gummigegenstand schlagen, zerbricht er wie Glas.Eine solche Eigenschaftsänderung hängt auch mit der Natur von Wärme zusammen. Je höher die Temperatur des physischen Körpers ist, desto intensiver und chaotischer bewegen sich die Moleküle. Mit abnehmender Temperatur wird die Bewegung weniger intensiv und die Struktur geordneter. So wird das Gas zu einer Flüssigkeit und die Flüssigkeit zu einem Feststoff. Die begrenzende Ordnungsebene ist die Kristallstruktur. Bei ultratiefen Temperaturen nehmen es sogar Stoffe an, die im Normalzustand amorph bleiben, wie etwa Gummi, und auch bei Metallen treten interessante Phänomene auf. Die Atome des Kristallgitters schwingen mit kleinerer Amplitude, die Streuung der Elektronen nimmt ab, der elektrische Widerstand nimmt also ab. Das Metall erhält Supraleitfähigkeit, deren praktische Anwendung sehr verlockend erscheint, wenn auch schwer zu erreichen.Die Wissenschaft
Bis vor kurzem war die kälteste Temperatur, die ein physischer Körper haben konnte, die Temperatur des "absoluten Nullpunkts" auf der Kelvin-Skala. Es entspricht –273,15 Grad Celsius oder -460 Grad Fahrenheit.
Jetzt ist es Physikern aus Deutschland gelungen, Temperaturen unter dem absoluten Nullpunkt zu erreichen. Eine solche Entdeckung wird Wissenschaftlern helfen, Phänomene wie dunkle Energie zu verstehen und neue Formen von Materie zu erschaffen.
Absolute Nulltemperatur
Mitte des 19. Jahrhunderts hat der britische Physiker Lord Kelvin die absolute Temperaturskala geschaffen und diese bestimmt Nichts kann kälter sein als der absolute Nullpunkt. Wenn Partikel die absolute Nulltemperatur haben, hören sie auf, sich zu bewegen und haben keine Energie.
Die Temperatur eines Objekts ist ein Maß dafür, wie stark sich die Atome bewegen. Je kälter das Objekt, desto langsamer bewegen sich die Atome. Beim absoluten Nullpunkt oder -273,15 Grad Celsius hören Atome auf, sich zu bewegen.
In den 1950er Jahren begannen Physiker zu argumentieren, dass Teilchen nicht immer am absoluten Nullpunkt Energie verlieren.
Wissenschaftler aus Ludwig-Maximilians-Universität in München u Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching entstand ein Gas, das wurde um einige Nanokelvin kälter als der absolute Nullpunkt.
Sie kühlten etwa 100.000 Atome auf eine positive Temperatur von wenigen Nanokelvin (ein Nanokelvin ist ein Milliardstel Kelvin) und verwendeten ein Netzwerk aus Laserstrahlen und Magnetfeldern, um das Verhalten der Atome zu steuern und sie auf eine neue Temperaturgrenze zu bringen.
höchste Temperatur
Wenn die niedrigstmögliche Temperatur als absoluter Nullpunkt angesehen wird, welche Temperatur kann dann als ihr Gegenteil angesehen werden - die höchste Temperatur? Nach kosmologischen Modellen ist die höchstmögliche Temperatur die Planck-Temperatur, die 1,416785(71)x1032 Kelvin (141 Billionen 679 Oktillionen Grad) entspricht.
Unser Universum hat die Planck-Temperatur bereits durchlaufen. Dies geschah 10^-42 Sekunden nach dem Urknall, als das Universum geboren wurde.
Die niedrigste Temperatur auf der Erde
Die niedrigste Temperatur auf der Erde wurde am 21. Juli 1983 an der Wostok-Station in der Antarktis gemessen, und das war sie auch -89,2 Grad Celsius.
Wostok Station ist der kälteste ständig bewohnte Ort der Erde. Es wurde 1957 von Russland gegründet und liegt auf einer Höhe von 3488 Metern über dem Meeresspiegel.
Die höchste Temperatur auf der Erde
Die höchste Temperatur auf der Erde wurde am 10. Juli 1913 im Death Valley in Kalifornien gemessen und es war 56,7 Grad Celsius.
Der bisherige Rekord für die weltweit höchste Temperatur in der Stadt Al Aziziyah in Libyen, die bei 57,7 Grad Celsius lag, wurde widerlegt Weltorganisation für Meteorologie wegen der Unzuverlässigkeit der Daten.
Die absolute Temperatur Null entspricht 273,15 Grad Celsius unter Null, 459,67 unter Null Fahrenheit. Für die Kelvin-Temperaturskala ist diese Temperatur selbst die Nullmarke.
Die Essenz der absoluten Nulltemperatur
Das Konzept des absoluten Nullpunkts kommt von der Essenz der Temperatur. Jeder Körper, der sich im Laufe von . In diesem Fall sinkt die Körpertemperatur, d.h. es bleibt weniger Energie übrig. Theoretisch kann dieser Prozess so lange andauern, bis die Energiemenge ein solches Minimum erreicht, bei dem der Körper sie nicht mehr abgeben kann.
Ein entfernter Vorbote einer solchen Idee ist bereits in M. V. Lomonosov zu finden. Der große russische Wissenschaftler erklärte Wärme durch „rotierende“ Bewegung. Daher ist der begrenzende Kühlgrad ein vollständiger Stopp einer solchen Bewegung.
Nach modernen Vorstellungen ist die absolute Nulltemperatur diejenige, bei der Moleküle das niedrigstmögliche Energieniveau haben. Mit weniger Energie, d.h. bei einer niedrigeren Temperatur kann kein physischer Körper existieren.
Theorie und Praxis
Die absolute Nulltemperatur ist ein theoretisches Konzept, das in der Praxis im Prinzip selbst unter den Bedingungen wissenschaftlicher Labors mit der fortschrittlichsten Ausrüstung nicht erreicht werden kann. Aber Wissenschaftler schaffen es, die Materie auf sehr niedrige Temperaturen zu kühlen, die nahe dem absoluten Nullpunkt liegen.
Bei solchen Temperaturen erhalten Substanzen erstaunliche Eigenschaften, die sie unter normalen Umständen nicht haben können. Quecksilber, wegen seines nahezu flüssigen Zustands „lebendes Silber“ genannt, wird bei dieser Temperatur so fest, dass es Nägel einschlagen kann. Manche Metalle werden spröde, wie Glas. Der Gummi wird genauso hart. Wenn ein Gummigegenstand bei einer Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt mit einem Hammer geschlagen wird, zerbricht er wie Glas.
Eine solche Eigenschaftsänderung hängt auch mit der Natur der Wärme zusammen. Je höher die Temperatur des physischen Körpers ist, desto intensiver und chaotischer bewegen sich die Moleküle. Mit abnehmender Temperatur wird die Bewegung weniger intensiv und die Struktur geordneter. So wird das Gas zu einer Flüssigkeit und die Flüssigkeit zu einem Feststoff. Die begrenzende Ordnungsebene ist die Kristallstruktur. Bei Tiefsttemperaturen wird es sogar von Stoffen aufgenommen, die im Normalzustand amorph bleiben, beispielsweise Gummi.
Bei Metallen treten interessante Phänomene auf. Die Atome des Kristallgitters schwingen mit kleinerer Amplitude, die Streuung der Elektronen nimmt ab, der elektrische Widerstand nimmt also ab. Das Metall erhält Supraleitfähigkeit, deren praktische Anwendung sehr verlockend erscheint, wenn auch schwer zu erreichen.
Der absolute Nullpunkt entspricht einer Temperatur von −273,15 °C.
Es wird angenommen, dass der absolute Nullpunkt in der Praxis unerreichbar ist. Seine Existenz und Position auf der Temperaturskala folgt aus der Extrapolation der beobachteten physikalischen Phänomene, während eine solche Extrapolation zeigt, dass die Energie der thermischen Bewegung von Molekülen und Atomen einer Substanz beim absoluten Nullpunkt gleich Null sein muss, dh chaotisch Die Bewegung der Teilchen stoppt, und sie bilden eine geordnete Struktur, die eine klare Position in den Knoten des Kristallgitters einnimmt. Tatsächlich bleiben jedoch selbst bei absoluter Nulltemperatur die regelmäßigen Bewegungen der Teilchen, aus denen die Materie besteht, bestehen. Die verbleibenden Schwankungen, etwa Nullpunktsschwingungen, sind auf die Quanteneigenschaften der Teilchen und das sie umgebende physikalische Vakuum zurückzuführen.
Gegenwärtig ist es physikalischen Labors gelungen, Temperaturen über dem absoluten Nullpunkt von nur wenigen Millionstel Grad zu erreichen; Es ist nach den Gesetzen der Thermodynamik unmöglich, dies zu erreichen.
Anmerkungen
Literatur
- G. Burmin. Sturm auf den absoluten Nullpunkt. - M.: "Kinderliteratur", 1983.
siehe auch
Wikimedia-Stiftung. 2010 .
Synonyme:Sehen Sie, was "Absolute Zero" in anderen Wörterbüchern ist:
Temperaturen, der Ursprung der Temperatur auf der thermodynamischen Temperaturskala (siehe THERMODYNAMISCHE TEMPERATURSKALE). Der absolute Nullpunkt liegt 273,16 °C unter der Temperatur des Tripelpunkts (siehe TRIPELPUNKT) von Wasser, wofür ... ... Enzyklopädisches Wörterbuch
Temperaturen, der Ursprung der Temperatur auf der thermodynamischen Temperaturskala. Der absolute Nullpunkt liegt 273,16 °C unter der Tripelpunkttemperatur von Wasser (0,01 °C). Der absolute Nullpunkt ist grundsätzlich unerreichbar, Temperaturen sind praktisch erreicht, ... ... Moderne Enzyklopädie
Temperaturen sind der Ursprung der Temperaturablesung auf der thermodynamischen Temperaturskala. Der absolute Nullpunkt liegt 273,16 °C unter der Temperatur des Tripelpunkts von Wasser, für die der Wert 0,01 °C akzeptiert wird. Der absolute Nullpunkt ist grundsätzlich unerreichbar (siehe ... ... Großes enzyklopädisches Wörterbuch
Die Temperatur, die die Abwesenheit von Wärme ausdrückt, beträgt 218 ° C. Wörterbuch der in der russischen Sprache enthaltenen Fremdwörter. Pavlenkov F., 1907. Temperatur des absoluten Nullpunkts (phys.) – niedrigstmögliche Temperatur (273,15 °C). Großes Wörterbuch ... ... Wörterbuch der Fremdwörter der russischen Sprache
Absoluter Nullpunkt- Die extrem niedrige Temperatur, bei der die thermische Bewegung der Moleküle aufhört, entspricht in der Kelvin-Skala dem absoluten Nullpunkt (0°K) -273,16 ± 0,01°C ... Geographisches Wörterbuch
Vorhanden, Anzahl Synonyme: 15 runde Null (8) Männchen (32) kleiner Fisch ... Synonymwörterbuch
Extrem niedrige Temperatur, bei der die thermische Bewegung der Moleküle aufhört. Druck und Volumen eines idealen Gases werden nach dem Gesetz von Boyle Mariotte gleich Null, und der Bezugspunkt für die absolute Temperatur auf der Kelvin-Skala wird genommen ... ... Ökologisches Lexikon
Absoluter Nullpunkt- - [A. S. Goldberg. Englisch-Russisches Energie-Wörterbuch. 2006] Themen Energie allgemein EN Nullpunkt … Handbuch für technische Übersetzer
Absoluter Temperaturbezugspunkt. Entspricht 273,16 ° C. Derzeit war es in physikalischen Labors möglich, eine Temperatur zu erreichen, die den absoluten Nullpunkt nur um wenige Millionstel Grad überschreitet, aber um dies zu erreichen, gemäß den Gesetzen ... ... Collier Enzyklopädie
Absoluter Nullpunkt- 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 Temperatur. atitikmenys: engl.… … Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas
Absoluter Nullpunkt- absoliutusis nulis statusas T sritis chemija apibrėžtis Kelvino skalės nulis (−273,16 °C). atitikmenys: engl. absolute null rus. Absoluter Nullpunkt... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas
