Oletko koskaan ajatellut kuinka kylmä lämpötila voi olla? Mikä on absoluuttinen nolla? Pystyykö ihmiskunta koskaan saavuttamaan sitä ja mitä mahdollisuuksia avautuu tällaisen löydön jälkeen? Nämä ja muut vastaavat kysymykset ovat pitkään askarruttaneet monia fyysikoita ja yksinkertaisesti uteliaita ihmisiä.

Mikä on absoluuttinen nolla

Vaikka et ole pitänyt fysiikasta lapsuudesta asti, tiedät todennäköisesti lämpötilan käsitteen. Molekyylikinettisen teorian ansiosta tiedämme nyt, että sen ja molekyylien ja atomien liikkeiden välillä on tietty staattinen yhteys: mitä korkeampi minkä tahansa fyysisen kappaleen lämpötila on, sitä nopeammin sen atomit liikkuvat ja päinvastoin. Herää kysymys: "Onko olemassa sellaista alarajaa, jolla alkuainehiukkaset jäätyvät paikoilleen?". Tutkijat uskovat, että tämä on teoriassa mahdollista, lämpömittari on noin -273,15 celsiusastetta. Tätä arvoa kutsutaan absoluuttiseksi nollaksi. Toisin sanoen tämä on pienin mahdollinen raja, johon fyysinen keho voidaan jäähdyttää. On olemassa jopa absoluuttinen lämpötila-asteikko (Kelvin-asteikko), jossa absoluuttinen nolla on vertailupiste, ja asteikon yksikköjako on yhtä suuri kuin yksi aste. Tiedemiehet ympäri maailmaa eivät lakkaa työskentelemästä saavuttaakseen tämän arvon, sillä tämä lupaa ihmiskunnalle suuria näkymiä.

Miksi se on niin tärkeää

Erittäin alhaiset ja erittäin korkeat lämpötilat liittyvät läheisesti superfluiditeetin ja suprajohtavuuden käsitteeseen. Suprajohtimien sähkövastuksen katoaminen mahdollistaa uskomattomien tehokkuusarvojen saavuttamisen ja mahdollisten energiahäviöiden eliminoinnin. Jos olisi mahdollista löytää tapa, jolla "absoluuttisen nollan" arvo saavutettaisiin vapaasti, monet ihmiskunnan ongelmat ratkeaisisivat. Raiteiden päällä leijuvat junat, kevyemmät ja pienemmät moottorit, muuntajat ja generaattorit, erittäin tarkka magnetoenkefalografia, erittäin tarkat kellot ovat vain muutamia esimerkkejä siitä, mitä suprajohtavuus voi tuoda elämäämme.

Uusimmat tieteelliset saavutukset

Syyskuussa 2003 MIT:n ja NASA:n tutkijat onnistuivat jäähdyttämään natriumkaasun kaikkien aikojen alhaisimmille tasoille. Kokeen aikana he olivat vain puoli miljardia astetta jäljessä maaliviivasta (absoluuttinen nolla). Natrium oli testien aikana aina magneettikentässä, mikä esti sitä koskettamasta säiliön seinämiä. Jos lämpötilaeste olisi mahdollista ylittää, molekyylin liike kaasussa pysähtyisi kokonaan, koska tällainen jäähdytys poistaisi kaiken energian natriumista. Tutkijat käyttivät tekniikkaa, jonka kirjoittaja (Wolfgang Ketterle) sai fysiikan Nobel-palkinnon vuonna 2001. Avainkohta suoritetuissa testeissä olivat kaasumaiset Bose-Einsteinin kondensaatioprosessit. Samaan aikaan kukaan ei ole vielä kumonnut termodynamiikan kolmatta pääsääntöä, jonka mukaan absoluuttinen nolla ei ole vain ylitsepääsemätön, vaan myös saavuttamaton arvo. Lisäksi Heisenbergin epävarmuusperiaate pätee, eivätkä atomit yksinkertaisesti voi pysähtyä kuolleina omilla jäljillä. Siten tieteen absoluuttinen nollalämpötila on toistaiseksi saavuttamaton, vaikka tiedemiehet ovatkin pystyneet lähestymään sitä merkityksettömän pieneltä etäisyydeltä.

Mikä tahansa mittaus vaatii vertailupisteen. Lämpötila ei ole poikkeus. Fahrenheit-asteikolla tällainen nollamerkki on pöytäsuolan kanssa sekoitettujen lumen lämpötila, Celsius-asteikolla veden jäätymispiste. Mutta on olemassa erityinen lämpötilan vertailupiste - absoluuttinen nolla. Absoluuttinen lämpötila nolla vastaa 273,15 celsiusastetta alle nollan, 459,67 celsiusastetta Fahrenheitin puolella. Kelvinin lämpötila-asteikolla tämä lämpötila itsessään on nollamerkki.

Absoluuttisen nollalämpötilan ydin

Absoluuttisen nollapisteen käsite tulee lämpötilan olemuksesta. Jokaisella keholla on energiaa, jonka se luovuttaa ulkoiselle ympäristölle lämmönsiirron aikana. Tällöin kehon lämpötila laskee, ts. energiaa on vähemmän jäljellä. Teoriassa tämä prosessi voi jatkua, kunnes energian määrä saavuttaa sellaisen minimin, jossa keho ei voi enää luovuttaa sitä.
Kaukainen tällaisen idean saarnaaja löytyy jo M.V. Lomonosovista. Suuri venäläinen tiedemies selitti lämmön "pyörivällä" liikkeellä. Siksi rajallinen jäähtymisaste on tällaisen liikkeen täydellinen pysäytys.Nykyaikaisten käsitteiden mukaan absoluuttinen nollalämpötila on aineen tila, jossa molekyyleillä on alhaisin mahdollinen energiataso. Vähemmällä energialla, ts. alemmassa lämpötilassa fyysistä kehoa ei voi olla olemassa.

Teoria ja käytäntö

Absoluuttinen nollalämpötila on teoreettinen käsite, sitä on mahdotonta saavuttaa käytännössä, periaatteessa, jopa tieteellisten laboratorioiden olosuhteissa, joissa on kaikkein kehittyneimmät laitteet. Mutta tiedemiehet onnistuvat jäähdyttämään aineen hyvin alhaisiin lämpötiloihin, jotka ovat lähellä absoluuttista nollaa.Tällaisissa lämpötiloissa aineet saavat hämmästyttäviä ominaisuuksia, joita niillä ei normaalioloissa voi olla. Elohopea, jota kutsutaan "eläväksi hopeaksi" sen lähellä nestemäistä tilaa, muuttuu tässä lämpötilassa kiinteäksi - siinä määrin, että se voi lyödä nauloja. Jotkut metallit muuttuvat hauraiksi, kuten lasi. Kumi muuttuu kovaksi ja hauraaksi. Jos lähellä absoluuttista nollaa lämpötilassa osut vasaralla kumiesineeseen, se rikkoutuu kuin lasi.Tällainen ominaisuuksien muutos liittyy myös lämmön luonteeseen. Mitä korkeampi fyysisen kehon lämpötila on, sitä voimakkaammin ja kaoottisemmin molekyylit liikkuvat. Lämpötilan laskiessa liike muuttuu vähemmän intensiiviseksi ja rakenteesta tulee järjestyneempi. Joten kaasu muuttuu nesteeksi ja neste muuttuu kiinteäksi. Järjestyksen rajoittava taso on kiderakenne. Ultramatalissa lämpötiloissa jopa normaalitilassaan amorfisiksi jäävät aineet, kuten kumi, ottavat sitä vastaan, ja myös metallien kanssa tapahtuu mielenkiintoisia ilmiöitä. Kidehilan atomit värähtelevät pienemmällä amplitudilla, elektronien sironta pienenee, joten sähkövastus pienenee. Metalli saa suprajohtavuuden, jonka käytännön soveltaminen tuntuu erittäin houkuttelevalta, vaikkakin vaikeasti saavutettavissa olevalta.

Tiede

Viime aikoihin asti kylmin lämpötila, jonka fyysinen keho voi olla, oli "absoluuttisen nollan" lämpötila Kelvinin asteikolla. Se vastaa -273,15 celsiusastetta tai −460 Fahrenheit-astetta.

Nyt saksalaiset fyysikot ovat onnistuneet saavuttamaan absoluuttisen nollan lämpötilan. Tällainen löytö auttaa tutkijoita ymmärtämään pimeän energian kaltaisia ​​ilmiöitä ja luomaan uusia aineen muotoja.

Absoluuttinen nollalämpötila

1800-luvun puolivälissä brittiläinen fyysikko Lord Kelvin loi absoluuttisen lämpötila-asteikon ja päätti, että mikään ei voi olla kylmempää kuin absoluuttinen nolla. Kun hiukkaset ovat absoluuttisessa nollalämpötilassa, ne lakkaavat liikkumasta eikä niillä ole energiaa.

Kohteen lämpötila on mitta siitä, kuinka paljon atomit liikkuvat. Mitä kylmempi esine, sitä hitaammin atomit liikkuvat. Absoluuttisessa nollassa eli -273,15 celsiusasteessa atomit lakkaavat liikkumasta.

1950-luvulla fyysikot alkoivat väittää, että hiukkaset eivät aina menetä energiaa absoluuttisessa nollapisteessä.

Tutkijat alkaen Ludwig Maximilianin yliopisto Münchenissä ja Max Planckin kvanttioptiikan instituutti Garching loi kaasun, josta tuli muutaman nanokelvinin verran kylmempää kuin absoluuttinen nolla.

He jäähdyttivät noin 100 000 atomia muutaman nanokelvinin positiiviseen lämpötilaan (nanokelvin on yksi miljardisosa kelvinistä) ja käyttivät lasersäteiden ja magneettikenttien verkkoa hallitakseen atomien käyttäytymistä ja työntämällä ne uuteen lämpötilarajaan.

korkein lämpötila

Jos alinta mahdollista lämpötilaa pidetään absoluuttisena nollana, mitä lämpötilaa voidaan pitää sen vastakohtana - korkeimman lämpötilan? Kosmologisten mallien mukaan korkein mahdollinen lämpötila on Planckin lämpötila, joka vastaa 1,416785(71)x1032 kelviniä (141 nonmiljoonaa 679 oktillionia astetta).

Universumimme on jo läpäissyt Planckin lämpötilan. Tämä tapahtui 10^-42 sekuntia alkuräjähdyksen jälkeen, kun maailmankaikkeus syntyi.

Maan alin lämpötila

Maan alin lämpötila mitattiin 21. heinäkuuta 1983 Vostokin asemalla Etelämantereella, ja se oli -89,2 astetta.

Vostokin asema on kylmin pysyvä asuttu paikka maan päällä. Venäjä perusti sen vuonna 1957, ja se sijaitsee 3488 metrin korkeudessa merenpinnan yläpuolella.

Maan korkein lämpötila

Maan korkein lämpötila mitattiin 10. heinäkuuta 1913 Death Valleyssä Kaliforniassa ja se oli 56,7 astetta.

Aiempi maailman korkeimman lämpötilan ennätys Libyan Al Aziziyahin kaupungissa, joka oli 57,7 celsiusastetta, kumottiin. Maailman ilmatieteen järjestö tietojen epäluotettavuuden vuoksi.

Absoluuttinen lämpötila nolla vastaa 273,15 celsiusastetta alle nollan, 459,67 celsiusastetta Fahrenheitin puolella. Kelvinin lämpötila-asteikolla tämä lämpötila itsessään on nollamerkki.

Absoluuttisen nollalämpötilan ydin

Absoluuttisen nollapisteen käsite tulee lämpötilan olemuksesta. Mikä tahansa keho, joka luovuttaa ulkoiselle ympäristölle. Tällöin kehon lämpötila laskee, ts. energiaa on vähemmän jäljellä. Teoriassa tämä prosessi voi jatkua, kunnes energian määrä saavuttaa sellaisen minimin, jossa keho ei voi enää luovuttaa sitä.
Kaukainen tällaisen idean saarnaaja löytyy jo M.V. Lomonosovista. Suuri venäläinen tiedemies selitti lämmön "pyörivällä" liikkeellä. Siksi jäähdytyksen rajoittava aste pysäyttää tällaisen liikkeen kokonaan.

Nykyaikaisten käsitteiden mukaan absoluuttinen nollalämpötila on se, jossa molekyyleillä on alhaisin mahdollinen energiataso. Vähemmällä energialla, ts. alemmassa lämpötilassa fyysistä kehoa ei voi olla olemassa.

Teoria ja käytäntö

Absoluuttinen nollalämpötila on teoreettinen käsite, sitä on mahdotonta saavuttaa käytännössä, periaatteessa, jopa tieteellisten laboratorioiden olosuhteissa, joissa on kaikkein kehittyneimmät laitteet. Mutta tutkijat onnistuvat jäähdyttämään aineen hyvin alhaisiin lämpötiloihin, jotka ovat lähellä absoluuttista nollaa.

Tällaisissa lämpötiloissa aineet saavat hämmästyttäviä ominaisuuksia, joita niillä ei tavallisissa olosuhteissa voi olla. Elohopea, jota kutsutaan "eläväksi hopeaksi" sen lähellä nestemäistä tilaa, muuttuu tässä lämpötilassa kiinteäksi - siinä määrin, että se voi lyödä nauloja. Jotkut metallit muuttuvat hauraiksi, kuten lasi. Kumista tulee yhtä kovaa. Jos vasaralla lyödään kumiesinettä lähellä absoluuttista nollaa, se rikkoutuu kuin lasi.

Tällainen ominaisuuksien muutos liittyy myös lämmön luonteeseen. Mitä korkeampi fyysisen kehon lämpötila on, sitä voimakkaammin ja kaoottisemmin molekyylit liikkuvat. Lämpötilan laskiessa liike muuttuu vähemmän intensiiviseksi ja rakenteesta tulee järjestyneempi. Joten kaasu muuttuu nesteeksi ja neste muuttuu kiinteäksi. Järjestyksen rajoittava taso on kiderakenne. Erittäin alhaisissa lämpötiloissa sitä hankkivat jopa aineet, jotka normaalitilassa pysyvät amorfisina, esimerkiksi kumi.

Mielenkiintoisia ilmiöitä tapahtuu metallien kanssa. Kidehilan atomit värähtelevät pienemmällä amplitudilla, elektronien sironta pienenee, joten sähkövastus pienenee. Metalli saa suprajohtavuuden, jonka käytännön soveltaminen tuntuu erittäin houkuttelevalta, vaikkakin vaikeasti saavutettavissa olevalta.

Absoluuttinen nolla vastaa lämpötilaa -273,15 °C.

Uskotaan, että absoluuttinen nolla on käytännössä saavuttamaton. Sen olemassaolo ja sijainti lämpötila-asteikolla seuraa havaittujen fysikaalisten ilmiöiden ekstrapoloinnista, kun taas tällainen ekstrapolointi osoittaa, että absoluuttisessa nollapisteessä aineen molekyylien ja atomien lämpöliikkeen energian on oltava nolla, eli kaoottinen. hiukkasten liike pysähtyy ja ne muodostavat järjestyneen rakenteen, joka on selkeästi paikallaan kidehilan solmuissa. Itse asiassa jopa absoluuttisessa nollalämpötilassa aineen muodostavien hiukkasten säännölliset liikkeet säilyvät. Loput vaihtelut, kuten nollapistevärähtelyt, johtuvat hiukkasten kvanttiominaisuuksista ja niitä ympäröivästä fysikaalisesta tyhjiöstä.

Tällä hetkellä fysikaaliset laboratoriot ovat onnistuneet saavuttamaan lämpötilat, jotka ylittävät absoluuttisen nollan vain muutamalla asteen miljoonasosalla; se on mahdotonta saavuttaa termodynamiikan lakien mukaan.

Huomautuksia

Kirjallisuus

• G. Burmin. Myrskyntä absoluuttinen nolla. - M .: "Lastenkirjallisuus", 1983.

Katso myös

Wikimedia Foundation. 2010 .

Synonyymit:

Katso, mitä "Absolute Zero" on muissa sanakirjoissa:

Lämpötilat, lämpötilan alkuperä termodynaamisella lämpötila-asteikolla. Absoluuttinen nollapiste sijaitsee 273,16 ° C veden kolmoispisteen lämpötilan alapuolella (katso TRIPLE POINT), jolle ... ... tietosanakirja

Lämpötilat, lämpötilan alkuperä termodynaamisella lämpötila-asteikolla. Absoluuttinen nollapiste sijaitsee 273,16°C veden kolmipistelämpötilan (0,01°C) alapuolella. Absoluuttinen nolla on pohjimmiltaan saavuttamaton, lämpötilat on käytännössä saavutettu, ... ... Nykyaikainen tietosanakirja

Lämpötilat ovat lämpötilalukeman alkuperä termodynaamisella lämpötila-asteikolla. Absoluuttinen nolla sijaitsee 273.16.C veden kolmoispisteen lämpötilan alapuolella, jolle hyväksytään arvo 0.01.C. Absoluuttinen nolla on pohjimmiltaan saavuttamaton (katso ... ... Suuri Ensyklopedinen sanakirja

Lämmön puuttumista ilmaiseva lämpötila on 218 °C. Venäjän kielen vieraiden sanojen sanakirja. Pavlenkov F., 1907. absoluuttinen nollalämpötila (fys.) – alin mahdollinen lämpötila (273,15°C). Suuri sanakirja ... ... Venäjän kielen vieraiden sanojen sanakirja

absoluuttinen nolla- Äärimmäisen alhainen lämpötila, jossa molekyylien lämpöliike pysähtyy, Kelvinin asteikolla absoluuttinen nolla (0°K) vastaa -273,16 ± 0,01°C ... Maantieteen sanakirja

olemassa., synonyymien lukumäärä: 15 pyöreä nolla (8) pieni mies (32) pieni poikanen ... Synonyymien sanakirja

Erittäin matala lämpötila, jossa molekyylien lämpöliike pysähtyy. Ihanteellisen kaasun paine ja tilavuus Boyle Mariotten lain mukaan ovat yhtä suuret kuin nolla, ja absoluuttisen lämpötilan vertailupisteeksi otetaan Kelvinin asteikolla ... ... Ekologinen sanakirja

absoluuttinen nolla-- [A.S. Goldberg. Englannin venäjän energiasanakirja. 2006] Aiheet energia yleisesti EN nollapiste… Teknisen kääntäjän käsikirja

Absoluuttinen lämpötilan vertailupiste. Vastaa 273,16 °C. Tällä hetkellä fysikaalisissa laboratorioissa oli mahdollista saavuttaa lämpötila, joka ylitti absoluuttisen nollan vain muutamalla asteen miljoonasosalla, mutta saavuttaa se lakien mukaan ... ... Collier Encyclopedia

absoluuttinen nolla- absoliutusis nulis statusas T ala Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Termodinaminės temperatūros atskaitos pradžia, esanti 273.16 K žemiau vandens trigubojo taško. Tai 273,16 °C, 459,69 °F tai 0 K lämpötila. atitikmenys: engl.… … Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

absoluuttinen nolla- absoliutusis nulis statusas T ala chemija apibrėžtis Kelvino skalės nulis (−273,16 °C). atitikmenys: engl. absoluuttinen nolla rus. absoluuttinen nolla... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas