აბსოლუტური ნულოვანი ტემპერატურა

შეზღუდვის ტემპერატურა, რომლის დროსაც იდეალური გაზის მოცულობა ნულდება, აღებულია როგორც აბსოლუტური ნულოვანი ტემპერატურა.

ვიპოვოთ აბსოლუტური ნულის მნიშვნელობა ცელსიუსის შკალაზე.
მოცულობის გათანაბრება ვფორმულაში (3.1) ნულამდე და იმის გათვალისწინებით, რომ

.

ამიტომ არის აბსოლუტური ნულოვანი ტემპერატურა

ტ= -273 °С. 2

ეს არის შემზღუდველი, ყველაზე დაბალი ტემპერატურა ბუნებაში, „სიცივის უდიდესი ან ბოლო ხარისხი“, რომლის არსებობაც ლომონოსოვმა იწინასწარმეტყველა.

დედამიწაზე ყველაზე მაღალი ტემპერატურა - ასეულობით მილიონი გრადუსი - მიიღეს თერმობირთვული ბომბების აფეთქების დროს. კიდევ უფრო მაღალი ტემპერატურა დამახასიათებელია ზოგიერთი ვარსკვლავის შიდა რეგიონებისთვის.

2A უფრო ზუსტი მნიშვნელობა აბსოლუტური ნულისთვის: -273.15°C.

კელვინის მასშტაბი

ინგლისელმა მეცნიერმა ვ.კელვინმა გააცნო აბსოლუტური მასშტაბიტემპერატურა. ნულოვანი ტემპერატურა კელვინის შკალაზე შეესაბამება აბსოლუტურ ნულს, ხოლო ტემპერატურის ერთეული ამ სკალის ტოლია გრადუსი ცელსიუსით, ამიტომ აბსოლუტური ტემპერატურა თფორმულით დაკავშირებულია ტემპერატურასთან ცელსიუსის მასშტაბით

T = t + 273. (3.2)

ნახ. 3.2 გვიჩვენებს აბსოლუტურ მასშტაბს და ცელსიუსის სკალას შედარებისთვის.

აბსოლუტური ტემპერატურის SI ერთეული ეწოდება კელვინი(შემოკლებით K). ამრიგად, ცელსიუსის ერთი გრადუსი უდრის კელვინის ერთ გრადუსს:

ამრიგად, აბსოლუტური ტემპერატურა, ფორმულით (3.2) მოცემული განმარტების მიხედვით, არის წარმოებული სიდიდე, რომელიც დამოკიდებულია ცელსიუს ტემპერატურაზე და a-ს ექსპერიმენტულად განსაზღვრულ მნიშვნელობაზე.

მკითხველი:რა არის აბსოლუტური ტემპერატურის ფიზიკური მნიშვნელობა?

ჩვენ ვწერთ გამონათქვამს (3.1) ფორმაში

.

იმის გათვალისწინებით, რომ ტემპერატურა კელვინის შკალაზე დაკავშირებულია ტემპერატურასთან ცელსიუსის შკალაზე თანაფარდობით T = t + 273, მივიღებთ

სადაც თ 0 = 273 K, ან

ვინაიდან ეს კავშირი მოქმედებს თვითნებურ ტემპერატურაზე თ, მაშინ გეი-ლუსაკის კანონი შეიძლება ჩამოყალიბდეს შემდეგნაირად:

გაზის მოცემული მასისთვის p = const, მიმართება

ამოცანა 3.1.ტემპერატურაზე თ 1 = 300 კ გაზის მოცულობა ვ 1 = 5,0 ლ. განსაზღვრეთ გაზის მოცულობა იმავე წნევაზე და ტემპერატურაზე თ= 400 კ.

გაჩერდი! თავად გადაწყვიტეთ: A1, B6, C2.

ამოცანა 3.2.იზობარული გათბობით ჰაერის მოცულობა გაიზარდა 1%-ით. რამდენი პროცენტით გაიზარდა აბსოლუტური ტემპერატურა?

= 0,01.

უპასუხე: 1 %.

გახსოვდეთ მიღებული ფორმულა

გაჩერდი! თავად გადაწყვიტეთ: A2, A3, B1, B5.

ჩარლზის კანონი

ფრანგმა მეცნიერმა ჩარლზმა ექსპერიმენტულად აღმოაჩინა, რომ თუ გაზს ისე გააცხელებთ, რომ მისი მოცულობა მუდმივი დარჩეს, მაშინ გაზის წნევა გაიზრდება. ტემპერატურაზე წნევის დამოკიდებულებას აქვს შემდეგი ფორმა:

რ(ტ) = გვ 0 (1 + ბ ტ), (3.6)

სადაც რ(ტ) არის წნევა ტემპერატურაზე ტ°C; რ 0 – წნევა 0 °C-ზე; b არის წნევის ტემპერატურული კოეფიციენტი, რომელიც ყველა გაზისთვის ერთნაირია: 1/K.

მკითხველი:გასაკვირია, რომ b წნევის ტემპერატურული კოეფიციენტი ზუსტად უდრის a მოცულობის გაფართოების ტემპერატურულ კოეფიციენტს!

ავიღოთ გაზის გარკვეული მასა მოცულობით ვ 0 ტემპერატურაზე თ 0 და წნევა რ 0 . პირველად, გაზის წნევის მუდმივი შენარჩუნებით, ვაცხელებთ მას ტემპერატურამდე თერთი . მაშინ გაზს ექნება მოცულობა ვ 1 = ვ 0 (1 + ა ტ) და წნევა რ 0 .

მეორედ, გაზის მოცულობის მუდმივი შენარჩუნებით, ვაცხელებთ მას იმავე ტემპერატურაზე თერთი . მაშინ გაზს ექნება წნევა რ 1 = რ 0 (1 + ბ ტ) და მოცულობა ვ 0 .

ვინაიდან გაზის ტემპერატურა ორივე შემთხვევაში ერთნაირია, ბოილ-მარიოტის კანონი მოქმედებს:

გვ 0 ვ 1 = გვ 1 ვ 0 Þ რ 0 ვ 0 (1 + ა ტ) = რ 0 (1 + ბ ტ)ვ 0 Þ

Þ 1 + ა t = 1+ბ ტÞ a = b.

ასე რომ, არაფერია გასაკვირი იმაში, რომ a = b, არა!

მოდით გადავიწეროთ ჩარლზის კანონი ფორმაში

.

Იმის გათვალისწინებით, რომ თ = ტ°С + 273 °С, თ 0 \u003d 273 ° С, ვიღებთ

რა არის აბსოლუტური ნული (უფრო ხშირად - ნული)? ეს ტემპერატურა მართლაც არსებობს სამყაროში სადმე? შეგვიძლია თუ არა რეალურ ცხოვრებაში რაიმეს გაგრილება აბსოლუტურ ნულამდე? თუ გაინტერესებთ შესაძლებელია თუ არა სიცივის ტალღის გადალახვა, მოდით გამოვიკვლიოთ ცივი ტემპერატურის ყველაზე შორეული საზღვრები...

რა არის აბსოლუტური ნული (უფრო ხშირად - ნული)? ეს ტემპერატურა მართლაც არსებობს სამყაროში სადმე? შეგვიძლია თუ არა რეალურ ცხოვრებაში რაიმეს გაგრილება აბსოლუტურ ნულამდე? თუ გაინტერესებთ შესაძლებელია თუ არა სიცივის ტალღის გადალახვა, მოდით გამოვიკვლიოთ ცივი ტემპერატურის ყველაზე შორეული საზღვრები...

მაშინაც კი, თუ თქვენ არ ხართ ფიზიკოსი, თქვენ ალბათ იცნობთ ტემპერატურის ცნებას. ტემპერატურა არის მასალაში შიდა შემთხვევითი ენერგიის ოდენობის საზომი. სიტყვა "შინაგანი" ძალიან მნიშვნელოვანია. გადაყარეთ თოვლის ბურთი და მიუხედავად იმისა, რომ ძირითადი მოძრაობა საკმაოდ სწრაფი იქნება, თოვლის ბურთი საკმაოდ ცივი დარჩება. მეორეს მხრივ, თუ უყურებთ ჰაერის მოლეკულებს, რომლებიც დაფრინავენ ოთახში, ჩვეულებრივი ჟანგბადის მოლეკულა იწვება საათში ათასობით კილომეტრის სიჩქარით.

ჩვენ მიდრეკილნი ვართ ჩუმად ვიყოთ, როცა საქმე ტექნიკურ დეტალებს ეხება, ამიტომ მხოლოდ ექსპერტებისთვის აღვნიშნავთ, რომ ტემპერატურა ცოტა უფრო რთულია, ვიდრე ვთქვით. ტემპერატურის ჭეშმარიტი განმარტება არის ის, თუ რამდენი ენერგია გჭირდებათ დახარჯოთ ენტროპიის თითოეული ერთეულისთვის (აშლილობა, თუ უკეთესი სიტყვა გინდათ). მაგრამ მოდით გამოვტოვოთ დახვეწილობა და მხოლოდ ყურადღება გავამახვილოთ იმაზე, რომ ყინულში შემთხვევითი ჰაერის ან წყლის მოლეკულები ტემპერატურის ვარდნასთან ერთად ნელა და ნელა მოძრაობენ ან ვიბრირებენ.

აბსოლუტური ნული არის -273,15 გრადუსი ცელსიუსი, -459,67 ფარენჰეიტი და მხოლოდ 0 კელვინი. ეს არის წერტილი, სადაც თერმული მოძრაობა მთლიანად ჩერდება.

ყველაფერი ჩერდება?

საკითხის კლასიკურ განხილვაში, ყველაფერი აბსოლუტურ ნულზე ჩერდება, მაგრამ სწორედ ამ მომენტში კვანტური მექანიკის საშინელი მუწუკი იყურება კუთხიდან. კვანტური მექანიკის ერთ-ერთი წინასწარმეტყველება, რომელმაც საკმაოდ ბევრი ფიზიკოსის სისხლი გააფუჭა, არის ის, რომ თქვენ ვერასოდეს გაზომავთ ნაწილაკების ზუსტ პოზიციას ან იმპულსს სრულყოფილი დარწმუნებით. ეს ცნობილია როგორც ჰაიზენბერგის გაურკვევლობის პრინციპი.

თუ შეგეძლოთ დალუქული ოთახის აბსოლუტურ ნულამდე გაგრილება, უცნაური რამ მოხდებოდა (დაწვრილებით ამის შესახებ ერთ წუთში). ჰაერის წნევა თითქმის ნულამდე დაეცემა და რადგან ჰაერის წნევა ჩვეულებრივ ეწინააღმდეგება გრავიტაციას, ჰაერი იშლება ძალიან თხელ ფენად იატაკზე.

მაგრამ ასეც რომ იყოს, თუ შეძლებთ ცალკეული მოლეკულების გაზომვას, იპოვით რაღაც საინტერესოს: ისინი ვიბრირებენ და ბრუნავენ, საკმაოდ ცოტა - კვანტური გაურკვევლობა სამუშაოზე. i-ის წერტილებით, თუ გაზომავთ ნახშირორჟანგის მოლეკულების ბრუნვას აბსოლუტურ ნულზე, აღმოაჩენთ, რომ ჟანგბადის ატომები ნახშირბადს ატრიალებენ საათში რამდენიმე კილომეტრის სიჩქარით - ბევრად უფრო სწრაფად, ვიდრე თქვენ ფიქრობდით.

საუბარი ჩერდება. როდესაც ვსაუბრობთ კვანტურ სამყაროზე, მოძრაობა აზრს კარგავს. ამ მასშტაბებში ყველაფერი განისაზღვრება გაურკვევლობით, ასე რომ, ეს არ არის ის, რომ ნაწილაკები სტაციონარულია, თქვენ უბრალოდ ვერასოდეს გაზომავთ მათ, თითქოს ისინი სტაციონარული იყვნენ.

რამდენად დაბლა შეიძლება დაეცემა?

აბსოლუტური ნულის სწრაფვა არსებითად აწყდება იმავე პრობლემებს, როგორც სინათლის სიჩქარის სწრაფვას. სინათლის სიჩქარის მიღწევას უსასრულო ენერგია სჭირდება, აბსოლუტურ ნულამდე კი სითბოს უსასრულო მოპოვებაა საჭირო. ორივე ეს პროცესი შეუძლებელია, თუ არაფერი.

იმისდა მიუხედავად, რომ ჩვენ ჯერ არ მიგვიღწევია აბსოლუტური ნულის ფაქტობრივ მდგომარეობას, ჩვენ ძალიან ახლოს ვართ მასთან (თუმცა ამ შემთხვევაში „ძალიან“ ძალიან ფხვიერი ცნებაა; ბავშვების დათვლის რითმის მსგავსად: ორი, სამი, ოთხი, ოთხი და ნახევარი, ოთხი ძაფზე, ოთხი ძაფით, ხუთი). დედამიწაზე ოდესმე დაფიქსირებული ყველაზე დაბალი ტემპერატურა ანტარქტიდაზე იყო 1983 წელს -89,15 გრადუსი ცელსიუსით (184K).

რა თქმა უნდა, თუ გინდა ბავშვივით გაცივდე, სივრცის სიღრმეში უნდა ჩაყვინთაო. მთელი სამყარო სავსეა დიდი აფეთქების რადიაციის ნარჩენებით, კოსმოსის ყველაზე ცარიელ რაიონებში - 2,73 გრადუსი კელვინი, რაც ოდნავ უფრო ცივია ვიდრე თხევადი ჰელიუმის ტემპერატურა, რომლის მიღებაც ჩვენ შევძელით დედამიწაზე საუკუნის წინ.

მაგრამ დაბალი ტემპერატურის ფიზიკოსები იყენებენ გაყინვის სხივებს, რათა ტექნოლოგია სრულიად ახალ დონეზე აიყვანონ. შეიძლება გაგიკვირდეთ, რომ გაყინვის სხივები ლაზერის ფორმას იღებს. Მაგრამ როგორ? ლაზერები უნდა დაიწვას.

ეს ასეა, მაგრამ ლაზერებს აქვთ ერთი თვისება - შეიძლება ითქვას, ულტიმატუმი: მთელი სინათლე გამოიყოფა იმავე სიხშირით. ჩვეულებრივი ნეიტრალური ატომები საერთოდ არ ურთიერთქმედებენ სინათლესთან, თუ სიხშირე კარგად არ არის დარეგულირებული. თუ ატომი მიფრინავს სინათლის წყაროსკენ, სინათლე იღებს დოპლერის ცვლას და მიდის უფრო მაღალ სიხშირეზე. ატომი შთანთქავს ნაკლებ ფოტონის ენერგიას, ვიდრე შეეძლო. ასე რომ, თუ ლაზერს დააყენებთ ქვედა, სწრაფად მოძრავი ატომები შთანთქავს სინათლეს და ფოტონის შემთხვევითი მიმართულებით გამოსხივება საშუალოდ დაკარგავს მცირე ენერგიას. თუ ამ პროცესს გაიმეორებთ, შეგიძლიათ გაზის გაგრილება ერთ ნანოკელვინზე ნაკლებამდე, მემილიარდედი გრადუსით.

ყველაფერი უფრო ექსტრემალური ხდება. ყველაზე ცივი ტემპერატურის მსოფლიო რეკორდი აბსოლუტურ ნულზე მეტია მილიარდი გრადუსის მეათედზე ნაკლები. მოწყობილობები, რომლებიც ამას მიაღწევენ, ატომებს მაგნიტურ ველებში აკავებენ. "ტემპერატურა" დამოკიდებულია არა იმდენად თავად ატომებზე, არამედ ატომური ბირთვების სპინიზე.

ახლა, სამართლიანობის აღსადგენად, ცოტა უნდა ვიოცნებოთ. როდესაც ჩვენ ჩვეულებრივ წარმოვიდგენთ რაღაც გაყინულს მემილიარდედ გრადუსამდე, დარწმუნებული ხართ, რომ მიიღებთ სურათს ჰაერის მოლეკულების გაყინვის ადგილზეც კი. შეიძლება წარმოვიდგინოთ დესტრუქციული აპოკალიფსური მოწყობილობა, რომელიც ყინავს ატომების სპინებს.

საბოლოო ჯამში, თუ ნამდვილად გსურთ დაბალი ტემპერატურის განცდა, საკმარისია დაელოდოთ. დაახლოებით 17 მილიარდი წლის შემდეგ, სამყაროში რადიაციული ფონი გაცივდება 1K-მდე. 95 მილიარდ წელიწადში ტემპერატურა იქნება დაახლოებით 0,01K. 400 მილიარდ წელიწადში ღრმა სივრცე ისეთივე ცივი იქნება, როგორც ყველაზე ცივი ექსპერიმენტი დედამიწაზე და კიდევ უფრო ცივი მას შემდეგ.

თუ გაინტერესებთ, რატომ გაცივდა სამყარო ასე სწრაფად, უთხარით მადლობა ჩვენს ძველ მეგობრებს: ენტროპია და ბნელი ენერგია. სამყარო აჩქარების რეჟიმშია და შედის ექსპონენციალური ზრდის პერიოდში, რომელიც სამუდამოდ გაგრძელდება. ნივთები ძალიან სწრაფად გაიყინება.

რა ჩვენი საქმეა?

ეს ყველაფერი, რა თქმა უნდა, მშვენიერია და რეკორდების მოხსნაც სასიამოვნოა. მაგრამ რა აზრი აქვს? ისე, ბევრი კარგი მიზეზი არსებობს ტემპერატურის დაბლობების გასაგებად და არა მხოლოდ როგორც გამარჯვებული.

მაგალითად, სტანდარტებისა და ტექნოლოგიების ეროვნული ინსტიტუტის კარგ ბიჭებს უბრალოდ მაგარი საათების დამზადება სურთ. დროის სტანდარტები ეფუძნება ისეთ რაღაცეებს, როგორიცაა ცეზიუმის ატომის სიხშირე. თუ ცეზიუმის ატომი ძალიან ბევრს მოძრაობს, გაზომვებში არის გაურკვევლობა, რაც საბოლოოდ გამოიწვევს საათის გაუმართაობას.

მაგრამ რაც მთავარია, განსაკუთრებით მეცნიერული თვალსაზრისით, მასალები გიჟურად იქცევიან უკიდურესად დაბალ ტემპერატურაზე. მაგალითად, ისევე, როგორც ლაზერი შედგება ფოტონებისაგან, რომლებიც სინქრონიზებულია ერთმანეთთან - იმავე სიხშირითა და ფაზაში - ასევე შეიძლება შეიქმნას მასალა, რომელიც ცნობილია როგორც ბოზე-აინშტაინის კონდენსატი. მასში ყველა ატომი ერთსა და იმავე მდგომარეობაშია. ან წარმოიდგინეთ ამალგამი, რომელშიც თითოეული ატომი კარგავს თავის ინდივიდუალობას და მთელი მასა რეაგირებს როგორც ერთი ნულოვანი სუპერატომი.

ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე, ბევრი მასალა ხდება ზესთხევადი, რაც იმას ნიშნავს, რომ ისინი შეიძლება იყოს მთლიანად ბლანტი, დაწყობილი ულტრა თხელ ფენებში და თუნდაც ეწინააღმდეგებოდეს გრავიტაციას მინიმალური ენერგიის მისაღწევად. ასევე დაბალ ტემპერატურაზე, ბევრი მასალა ხდება ზეგამტარი, რაც ნიშნავს, რომ მათ არ აქვთ რაიმე ელექტრული წინააღმდეგობა.

სუპერგამტარებს შეუძლიათ რეაგირება მოახდინონ გარე მაგნიტურ ველებზე ისე, რომ მთლიანად გააუქმონ ისინი ლითონის შიგნით. შედეგად, შეგიძლიათ დააკავშიროთ ცივი ტემპერატურა და მაგნიტი და მიიღოთ რაღაც ლევიტაციის მსგავსი.

რატომ არის აბსოლუტური ნული, მაგრამ არა აბსოლუტური მაქსიმუმი?

მოდით შევხედოთ მეორე უკიდურესობას. თუ ტემპერატურა მხოლოდ ენერგიის საზომია, მაშინ შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ, რომ ატომები უფრო და უფრო უახლოვდებიან სინათლის სიჩქარეს. უსასრულოდ ვერ გაგრძელდება, არა?

არის მოკლე პასუხი: არ ვიცით. სავსებით შესაძლებელია, რომ ფაქტიურად არსებობდეს უსასრულო ტემპერატურა, მაგრამ თუ არსებობს აბსოლუტური ზღვარი, ადრეული სამყარო იძლევა საკმაოდ საინტერესო მინიშნებებს იმის შესახებ, თუ რა არის. ყველაზე მაღალი ტემპერატურა, რაც კი ოდესმე არსებობდა (ყოველ შემთხვევაში, ჩვენს სამყაროში) ალბათ მოხდა ეგრეთ წოდებულ „პლანკის დროში“.

ეს იყო დიდი აფეთქებიდან 10^-43 წამის დიდი მომენტი, როდესაც გრავიტაცია გამოეყო კვანტურ მექანიკას და ფიზიკას ზუსტად ის გახდა, რაც ახლაა. ტემპერატურა იმ დროს იყო დაახლოებით 10^32 კ. ეს არის სეპტილიონჯერ უფრო ცხელი ვიდრე ჩვენი მზის შიგნით.

კიდევ ერთხელ, ჩვენ არ ვართ დარწმუნებული, არის თუ არა ეს ყველაზე ცხელი ტემპერატურა ოდესმე. იმის გამო, რომ პლანკის დროს სამყაროს დიდი მოდელიც კი არ გვაქვს, ჩვენ არც კი ვართ დარწმუნებული, რომ სამყარო ამ მდგომარეობამდე დუღდა. ნებისმიერ შემთხვევაში, ჩვენ ბევრჯერ უფრო ახლოს ვართ აბსოლუტურ ნულთან, ვიდრე აბსოლუტურ სიცხესთან.

აბსოლუტური ტემპერატურა ნული შეესაბამება 273,15 გრადუს ცელსიუსს ნულის ქვემოთ, 459,67 ნულის ქვემოთ ფარენჰეიტს. კელვინის ტემპერატურის სკალისთვის, ეს ტემპერატურა თავისთავად არის ნულოვანი ნიშანი.

აბსოლუტური ნულოვანი ტემპერატურის არსი

აბსოლუტური ნულის კონცეფცია მომდინარეობს ტემპერატურის არსიდან. ნებისმიერი სხეული, რომელიც თმობს გარე გარემოს მსვლელობისას. ამ შემთხვევაში სხეულის ტემპერატურა იკლებს, ე.ი. ნაკლები ენერგია რჩება. თეორიულად, ეს პროცესი შეიძლება გაგრძელდეს მანამ, სანამ ენერგიის რაოდენობა არ მიაღწევს ისეთ მინიმუმს, რომლითაც სხეული ვეღარ გასცემს მას.
ასეთი იდეის შორეული წინამძღვარი უკვე გვხვდება M.V. ლომონოსოვში. დიდმა რუსმა მეცნიერმა სიცხე ახსნა "ბრუნვითი" მოძრაობით. ამიტომ, გაგრილების შემზღუდველი ხარისხი არის ასეთი მოძრაობის სრული გაჩერება.

თანამედროვე კონცეფციების მიხედვით, აბსოლუტური ნულოვანი ტემპერატურაა, რომლის დროსაც მოლეკულებს აქვთ ენერგიის ყველაზე დაბალი შესაძლო დონე. ნაკლები ენერგიით, ე.ი. დაბალ ტემპერატურაზე ფიზიკური სხეული ვერ იარსებებს.

თეორია და პრაქტიკა

აბსოლუტური ნულოვანი ტემპერატურა თეორიული ცნებაა, მისი მიღწევა პრაქტიკაში, პრინციპში, ყველაზე დახვეწილი აღჭურვილობით სამეცნიერო ლაბორატორიების პირობებშიც კი შეუძლებელია. მაგრამ მეცნიერები ახერხებენ მატერიის გაციებას ძალიან დაბალ ტემპერატურამდე, რაც ახლოსაა აბსოლუტურ ნულთან.

ასეთ ტემპერატურაზე ნივთიერებები იძენენ საოცარ თვისებებს, რაც მათ ჩვეულებრივ პირობებში არ შეუძლიათ. ვერცხლისწყალი, რომელსაც "ცოცხალ ვერცხლს" უწოდებენ მისი თითქმის თხევადი მდგომარეობის გამო, ხდება მყარი ამ ტემპერატურაზე, იქამდე, რომ მას შეუძლია ლურსმნების ჩაქუჩით. ზოგიერთი ლითონი ხდება მყიფე, როგორც მინა. რეზინი ისეთივე მყარი ხდება. თუ რეზინის საგანს ჩაქუჩით მოხვდება აბსოლუტურ ნულთან ახლოს ტემპერატურაზე, ის შუშასავით გატყდება.

თვისებების ასეთი ცვლილება ასევე დაკავშირებულია სითბოს ბუნებასთან. რაც უფრო მაღალია ფიზიკური სხეულის ტემპერატურა, მით უფრო ინტენსიურად და ქაოტურად მოძრაობს მოლეკულები. ტემპერატურის კლებასთან ერთად მოძრაობა ნაკლებად ინტენსიური ხდება და სტრუქტურა უფრო მოწესრიგებული ხდება. ასე რომ, გაზი ხდება თხევადი, ხოლო სითხე ხდება მყარი. შეკვეთის შემზღუდველი დონე არის კრისტალური სტრუქტურა. ულტრა დაბალ ტემპერატურაზე მას იძენს ნივთიერებები, რომლებიც ნორმალურ მდგომარეობაში რჩება ამორფული, მაგალითად, რეზინი.

საინტერესო ფენომენები ხდება ლითონებთან დაკავშირებით. კრისტალური მედის ატომები ვიბრირებენ უფრო მცირე ამპლიტუდით, მცირდება ელექტრონების გაფანტვა, შესაბამისად, მცირდება ელექტრული წინააღმდეგობა. ლითონი იძენს ზეგამტარობას, რომლის პრაქტიკული გამოყენება ძალიან მაცდური ჩანს, თუმცა რთული მისაღწევი.

წყაროები:

• ლივანოვა ა. დაბალი ტემპერატურა, აბსოლუტური ნული და კვანტური მექანიკა

სხეული- ეს არის ერთ-ერთი ძირითადი ცნება ფიზიკაში, რაც ნიშნავს მატერიის ან ნივთიერების არსებობის ფორმას. ეს არის მატერიალური ობიექტი, რომელიც ხასიათდება მოცულობითა და მასით, ზოგჯერ სხვა პარამეტრებითაც. ფიზიკური სხეული აშკარად გამოყოფილია სხვა სხეულებისგან საზღვრით. არსებობს ფიზიკური სხეულების რამდენიმე სპეციალური ტიპი; მათი ჩამოთვლა არ უნდა იქნას გაგებული, როგორც კლასიფიკაცია.

მექანიკაში ფიზიკური სხეული ყველაზე ხშირად გაგებულია, როგორც მატერიალური წერტილი. ეს არის ერთგვარი აბსტრაქცია, რომლის მთავარი თვისებაა ის ფაქტი, რომ სხეულის რეალური ზომები კონკრეტული პრობლემის გადასაჭრელად შეიძლება უგულებელყო. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მატერიალური წერტილი არის ძალიან სპეციფიკური სხეული, რომელსაც აქვს ზომები, ფორმა და სხვა მსგავსი მახასიათებლები, მაგრამ ისინი არ არის მნიშვნელოვანი არსებული პრობლემის გადასაჭრელად. მაგალითად, თუ თქვენ გჭირდებათ ობიექტის დათვლა გზის გარკვეულ მონაკვეთზე, პრობლემის გადაჭრისას შეგიძლიათ მთლიანად უგულებელყოთ მისი სიგრძე. მექანიკის მიერ განხილული ფიზიკური სხეულების კიდევ ერთი ტიპი არის აბსოლუტურად ხისტი სხეული. ასეთი სხეულის მექანიკა ზუსტად იგივეა, რაც მატერიალური წერტილის მექანიკა, მაგრამ დამატებით მას აქვს სხვა თვისებები. აბსოლუტურად ხისტი სხეული შედგება წერტილებისგან, მაგრამ არც მათ შორის მანძილი და არც მასის განაწილება არ იცვლება იმ ტვირთის ქვეშ, რომელსაც სხეული ექვემდებარება. ეს ნიშნავს, რომ მისი დეფორმაცია შეუძლებელია. აბსოლუტურად ხისტი სხეულის პოზიციის დასადგენად საკმარისია მასზე მიმაგრებული კოორდინატთა სისტემის დაყენება, როგორც წესი, დეკარტიული. უმეტეს შემთხვევაში, მასის ცენტრი ასევე არის კოორდინატთა სისტემის ცენტრი. აბსოლუტურად ხისტი სხეული არ არსებობს, მაგრამ მრავალი პრობლემის გადასაჭრელად ასეთი აბსტრაქცია ძალიან მოსახერხებელია, თუმცა ის არ განიხილება რელატივისტურ მექანიკაში, რადგან მოძრაობებით, რომელთა სიჩქარე შედარებულია სინათლის სიჩქარესთან, ეს მოდელი აჩვენებს შინაგან წინააღმდეგობებს. იდეალურად ხისტი სხეულის საპირისპიროა დეფორმირებადი სხეული, რომელიც შეიძლება გადაადგილდეს ერთმანეთთან შედარებით. ფიზიკის სხვა დარგებში არსებობს ფიზიკური სხეულების განსაკუთრებული ტიპები. მაგალითად, თერმოდინამიკაში შემოტანილია სრულიად შავი სხეულის კონცეფცია. ეს არის იდეალური მოდელი, ფიზიკური სხეული, რომელიც შთანთქავს აბსოლუტურად ყველა ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას, რომელიც მასზე მოდის. ამავდროულად, მას შეუძლია თავად გამოიმუშაოს ელექტრომაგნიტური გამოსხივება და ჰქონდეს ნებისმიერი ფერი. ობიექტის მაგალითი, რომელიც თვისებებით ყველაზე ახლოსაა სრულიად შავ სხეულთან, არის მზე. თუ ავიღებთ ნივთიერებებს, რომლებიც ფართოდ არის გავრცელებული დედამიწის მიღმა, მაშინ შეგვიძლია გავიხსენოთ ჭვარტლი, რომელიც შთანთქავს მასზე დაცემულის 99%-ს, გარდა ინფრაწითელისა, რომელიც გაცილებით უარესია.

Მსგავსი ვიდეოები

როდესაც ამინდის ანგარიში პროგნოზირებს ტემპერატურას ნულის გარშემო, არ უნდა წახვიდეთ საციგურაო მოედანზე: ყინული დნება. ყინულის დნობის ტემპერატურა აღებულია ნულოვანი გრადუსი ცელსიუსით - ყველაზე გავრცელებული ტემპერატურის მასშტაბი.
ჩვენ კარგად ვიცით ცელსიუსის შკალის უარყოფითი გრადუსი - გრადუსი<ниже нуля>, გრადუსი სიცივე. დედამიწაზე ყველაზე დაბალი ტემპერატურა ანტარქტიდაზე დაფიქსირდა: -88,3°C. დედამიწის გარეთ შესაძლებელია კიდევ უფრო დაბალი ტემპერატურა: მთვარის ზედაპირზე მთვარის შუაღამისას შეიძლება -160°C-ს მიაღწიოს.
მაგრამ არსად შეიძლება იყოს თვითნებურად დაბალი ტემპერატურა. უკიდურესად დაბალი ტემპერატურა - აბსოლუტური ნული - ცელსიუსის შკალაზე შეესაბამება - 273,16 °.
აბსოლუტური ტემპერატურის მასშტაბი, კელვინის სკალა, სათავეს იღებს აბსოლუტური ნულიდან. ყინული დნება 273,16° კელვინზე, ხოლო წყალი დუღს 373,16° კ-ზე. ამრიგად, K ხარისხი უდრის C გრადუსს. მაგრამ კელვინის შკალაზე ყველა ტემპერატურა დადებითია.
რატომ არის 0°K სიცივის ზღვარი?
სითბო არის ატომებისა და მატერიის მოლეკულების ქაოტური მოძრაობა. ნივთიერების გაციებისას მას თერმული ენერგია ართმევენ და ამ შემთხვევაში ნაწილაკების შემთხვევითი მოძრაობა სუსტდება. საბოლოო ჯამში, ძლიერი გაგრილებით, თერმული<пляска>ნაწილაკები თითქმის მთლიანად ჩერდება. ატომები და მოლეკულები მთლიანად გაიყინება ტემპერატურაზე, რომელიც აღებულია როგორც აბსოლუტური ნული. კვანტური მექანიკის პრინციპების მიხედვით, აბსოლუტურ ნულზე, სწორედ ნაწილაკების თერმული მოძრაობა შეჩერდება, მაგრამ თავად ნაწილაკები არ გაიყინებიან, რადგან ისინი სრულად ვერ იქნებიან მოსვენებულნი. ამრიგად, აბსოლუტურ ნულზე, ნაწილაკებმა მაინც უნდა შეინარჩუნონ რაიმე სახის მოძრაობა, რომელსაც ნულს უწოდებენ.

თუმცა, ნივთიერების გაცივება აბსოლუტურ ნულზე დაბალ ტემპერატურაზე ისეთივე უაზრო იდეაა, როგორც, ვთქვათ, განზრახვა<идти медленнее, чем стоять на месте>.

უფრო მეტიც, ზუსტი აბსოლუტური ნულის მიღწევაც კი თითქმის შეუძლებელია. თქვენ შეგიძლიათ მხოლოდ მასთან დაახლოება. იმის გამო, რომ აბსოლუტურად მთელი მისი თერმული ენერგია არ შეიძლება წაერთვას ნივთიერებისგან. თერმული ენერგიის ნაწილი რჩება ღრმა გაგრილების დროს.
როგორ აღწევენ ისინი ულტრა დაბალ ტემპერატურას?
ნივთიერების გაყინვა უფრო რთულია, ვიდრე მისი გაცხელება. ეს ჩანს მინიმუმ ღუმელისა და მაცივრის დიზაინის შედარებიდან.
საყოფაცხოვრებო და სამრეწველო მაცივრების უმეტესობაში სითბოს ამოღება ხდება სპეციალური სითხის - ფრეონის აორთქლების გამო, რომელიც ცირკულირებს ლითონის მილებში. საიდუმლო ის არის, რომ ფრეონი შეიძლება დარჩეს თხევად მდგომარეობაში მხოლოდ საკმარისად დაბალ ტემპერატურაზე. სამაცივრო კამერაში კამერის სიცხის გამო თბება და ადუღდება, ორთქლად იქცევა. მაგრამ ორთქლი შეკუმშულია კომპრესორის მიერ, თხევადდება და შედის აორთქლებაში, ანაზღაურებს აორთქლებული ფრეონის დანაკარგს. ენერგია გამოიყენება კომპრესორის მუშაობისთვის.
ღრმა გაგრილების მოწყობილობებში სიცივის მატარებელია სუპერცივი სითხე - თხევადი ჰელიუმი. უფერო, მსუბუქი (წყალზე 8-ჯერ მსუბუქია), ატმოსფერული წნევის ქვეშ დუღდება 4,2°K-ზე, ვაკუუმში კი 0,7°K-ზე. კიდევ უფრო დაბალ ტემპერატურას იძლევა ჰელიუმის მსუბუქი იზოტოპი: 0,3°K.
მუდმივი ჰელიუმის მაცივრის მოწყობა საკმაოდ რთულია. კვლევა ტარდება უბრალოდ თხევადი ჰელიუმის აბანოებში. და ამ გაზის გასათხევადებლად ფიზიკოსები სხვადასხვა ტექნიკას იყენებენ. მაგალითად, წინასწარ გაცივებული და შეკუმშული ჰელიუმი ფართოვდება თხელი ნახვრეტით ვაკუუმ კამერაში გათავისუფლებით. ამავდროულად, ტემპერატურა კვლავ იკლებს და გაზის გარკვეული ნაწილი იქცევა სითხეში. უფრო ეფექტურია არა მხოლოდ გაციებული გაზის გაფართოება, არამედ მისი მოქმედების შესრულება - დგუშის გადაადგილება.
მიღებული თხევადი ჰელიუმი ინახება სპეციალურ თერმოსებში - დევარის ჭურჭელში. ამ ყველაზე ცივი სითხის ღირებულება (ერთადერთი, რომელიც არ იყინება აბსოლუტურ ნულზე) საკმაოდ მაღალია. მიუხედავად ამისა, თხევადი ჰელიუმი ახლა უფრო და უფრო ფართოდ გამოიყენება არა მხოლოდ მეცნიერებაში, არამედ სხვადასხვა ტექნიკურ მოწყობილობებში.
ყველაზე დაბალი ტემპერატურა სხვაგვარად იქნა მიღწეული. გამოდის, რომ ზოგიერთი მარილის მოლეკულებს, როგორიცაა კალიუმის ქრომის ალუმი, შეუძლიათ ბრუნა ძალის მაგნიტური ხაზების გასწვრივ. ეს მარილი წინასწარ გაცივებულია თხევადი ჰელიუმით 1°K-მდე და მოთავსებულია ძლიერ მაგნიტურ ველში. ამ შემთხვევაში მოლეკულები ბრუნავენ ძალის ხაზების გასწვრივ და გამოთავისუფლებულ სითბოს ართმევს თხევად ჰელიუმს. შემდეგ მაგნიტური ველი მკვეთრად ამოღებულია, მოლეკულები კვლავ ბრუნავს სხვადასხვა მიმართულებით და იხარჯება

ეს სამუშაო იწვევს მარილის შემდგომ გაციებას. ამგვარად მიიღეს ტემპერატურა 0,001°K. პრინციპში მსგავსი მეთოდით სხვა ნივთიერებების გამოყენებით შეიძლება კიდევ უფრო დაბალი ტემპერატურის მიღება.
დედამიწაზე აქამდე მიღებული ყველაზე დაბალი ტემპერატურაა 0.00001°K.

ზესთხევადობა

თხევადი ჰელიუმის აბანოებში ულტრა დაბალ ტემპერატურამდე გაყინული ნივთიერება მკვეთრად იცვლება. რეზინი ხდება მყიფე, ტყვია ხდება ფოლადივით მყარი და ელასტიური, ბევრი შენადნობა ზრდის სიმტკიცეს.

თავად თხევადი ჰელიუმი თავისებურად იქცევა. 2,2 °K-ზე დაბალ ტემპერატურაზე ის იძენს ჩვეულებრივი სითხეებისთვის უპრეცედენტო თვისებას - ზესთხევადობას: მისი ნაწილი მთლიანად კარგავს სიბლანტეს და ყოველგვარი ხახუნის გარეშე მიედინება ყველაზე ვიწრო ჭრილებში.
ეს ფენომენი აღმოაჩინა 1937 წელს საბჭოთა ფიზიკოსმა აკადემიკოსმა პ.ჯ.ი. კაპიცა, შემდეგ განმარტა აკადემიკოსმა ჯ.ი. დ.ლანდაუ.
გამოდის, რომ ულტრა დაბალ ტემპერატურაზე, მატერიის ქცევის კვანტური კანონები შესამჩნევად იმოქმედებს. როგორც ერთ-ერთი ეს კანონი მოითხოვს, ენერგია შეიძლება გადავიდეს სხეულიდან სხეულზე მხოლოდ საკმაოდ განსაზღვრულ ნაწილებში - კვანტებში. თხევად ჰელიუმში იმდენად ცოტაა სითბოს კვანტები, რომ არ არის საკმარისი ყველა ატომისთვის. სითხის ნაწილი, რომელიც მოკლებულია სითბოს კვანტებს, რჩება აბსოლუტურ ნულოვან ტემპერატურაზე, მისი ატომები საერთოდ არ მონაწილეობენ შემთხვევით თერმულ მოძრაობაში და არანაირად არ ურთიერთობენ ჭურჭლის კედლებთან. ეს ნაწილი (მას ეძახდნენ ჰელიუმ-H) ფლობს ზესთხევადობას. ტემპერატურის კლებასთან ერთად, ჰელიუმ-II სულ უფრო და უფრო მეტი ხდება და აბსოლუტურ ნულზე, მთელი ჰელიუმი გადაიქცევა ჰელიუმ-H-ად.
ზესთხევადობა ახლა ძალიან დეტალურად იქნა შესწავლილი და იპოვა კიდეც სასარგებლო პრაქტიკული გამოყენება: მისი დახმარებით შესაძლებელია ჰელიუმის იზოტოპების გამოყოფა.

ზეგამტარობა

აბსოლუტურ ნულთან ახლოს, უკიდურესად საინტერესო ცვლილებები ხდება გარკვეული მასალის ელექტრულ თვისებებში.
1911 წელს ჰოლანდიელმა ფიზიკოსმა კამერლინგ-ონესმა მოულოდნელი აღმოჩენა გააკეთა: აღმოჩნდა, რომ 4,12 ° K ტემპერატურაზე ელექტრული წინააღმდეგობა მთლიანად ქრება ვერცხლისწყალში. მერკური ხდება ზეგამტარი. ზეგამტარ რგოლში გამოწვეული ელექტრული დენი არ იშლება და შეიძლება თითქმის სამუდამოდ მიედინება.
ასეთი რგოლის ზემოთ ზეგამტარი ბურთი ჰაერში დაცურავს და არ დაეცემა, თითქოს ზღაპარიდან.<гроб Магомета>, რადგან მისი სიმძიმე კომპენსირდება რგოლსა და ბურთს შორის მაგნიტური მოგერიებით. ბოლოს და ბოლოს, რგოლში დაუცველი დენი შექმნის მაგნიტურ ველს და ის, თავის მხრივ, გამოიწვევს ბურთში ელექტრო დენს და მასთან ერთად საპირისპირო მიმართულ მაგნიტურ ველს.
ვერცხლისწყლის გარდა, კალას, ტყვიას, თუთიას და ალუმინს აქვთ სუპერგამტარობა აბსოლუტურ ნულთან ახლოს. ეს თვისება ნაპოვნია 23 ელემენტში და ასზე მეტ სხვადასხვა შენადნობში და სხვა ქიმიურ ნაერთებში.
ტემპერატურები, რომლებშიც ჩნდება ზეგამტარობა (კრიტიკული ტემპერატურა) საკმაოდ ფართო დიაპაზონშია, 0,35°K-დან (ჰაფნიუმი) 18°K-მდე (ნიობიუმ-კალის შენადნობი).
სუპერგამტარობის ფენომენი, ისევე როგორც სუპერ-
სითხე, დეტალურად შესწავლილი. ნაპოვნია კრიტიკული ტემპერატურის დამოკიდებულება მასალების შიდა სტრუქტურაზე და გარე მაგნიტურ ველზე. შემუშავდა ზეგამტარობის ღრმა თეორია (მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანა საბჭოთა მეცნიერმა აკადემიკოსმა ნ. ნ. ბოგოლიუბოვმა).
ამ პარადოქსული ფენომენის არსი ისევ წმინდა კვანტურია. ულტრა დაბალ ტემპერატურაზე ელექტრონები შედიან

ზეგამტარი ქმნის წყვილ-წყვილად დაკავშირებულ ნაწილაკთა სისტემას, რომლებიც ვერ აძლევენ ენერგიას ბროლის გისოსებს, ხარჯავს ენერგიის კვანტებს მის გასათბობად. ელექტრონების წყვილი მოძრაობს ისე<танцуя>, შორის<прутьями решетки>- იონები და მათ გვერდის ავლით შეჯახებისა და ენერგიის გადაცემის გარეშე.
სუპერგამტარობა სულ უფრო ხშირად გამოიყენება ტექნოლოგიაში.
მაგალითად, პრაქტიკაში შემოდის ზეგამტარი სოლენოიდები - თხევადი ჰელიუმში ჩაძირული ზეგამტარის ხვეულები. ერთხელ ინდუცირებული დენი და, შესაბამისად, მაგნიტური ველი შეიძლება ინახებოდეს მათში თვითნებურად დიდი ხნის განმავლობაში. მას შეუძლია მიაღწიოს გიგანტურ მნიშვნელობას - 100 000-ზე მეტს. მომავალში უდავოდ გამოჩნდება მძლავრი სამრეწველო სუპერგამტარი მოწყობილობები - ელექტროძრავები, ელექტრომაგნიტები და ა.შ.
რადიოელექტრონიკაში მნიშვნელოვან როლს იწყებენ ზემგრძნობიარე გამაძლიერებლები და ელექტრომაგნიტური ტალღების გენერატორები, რომლებიც განსაკუთრებით კარგად მუშაობენ თხევადი ჰელიუმით აბანოებში - იქ შიდა<шумы>აღჭურვილობა. ელექტრონულ გამოთვლით ტექნოლოგიაში ნათელ მომავალს გვპირდებიან დაბალი სიმძლავრის ზეგამტარი კონცენტრატორები - კრიოტრონები (იხ.<Пути электроники>).
ძნელი წარმოსადგენია, რამდენად მაცდური იქნებოდა ასეთი მოწყობილობების მუშაობის უფრო მაღალ, უფრო ხელმისაწვდომ ტემპერატურამდე გადაყვანა. ახლახან გაიხსნა პოლიმერული ფირის სუპერგამტარების შექმნის იმედი. ასეთ მასალებში ელექტრული გამტარობის თავისებური ბუნება გვპირდება ბრწყინვალე შესაძლებლობას შეინარჩუნოს სუპერგამტარობა ოთახის ტემპერატურაზეც კი. მეცნიერები დაჟინებით ეძებენ გზებს ამ იმედის განსახორციელებლად.

ვარსკვლავების სიღრმეში

ახლა კი მოდით შევხედოთ მსოფლიოში ყველაზე ცხელი საგნების სფეროს - ვარსკვლავების წიაღში. სადაც ტემპერატურა მილიონ გრადუსს აღწევს.
ვარსკვლავებში ქაოტური თერმული მოძრაობა იმდენად ინტენსიურია, რომ მთელი ატომები იქ ვერ იარსებებს: ისინი ნადგურდებიან უთვალავი შეჯახებისას.
ამრიგად, ასე ძლიერად გაცხელებული ნივთიერება არ შეიძლება იყოს არც მყარი, არც თხევადი ან აირისებრი. ის არის პლაზმის მდგომარეობაში, ანუ ელექტრული დამუხტვის ნარევი<осколков>ატომები - ატომის ბირთვები და ელექტრონები.
პლაზმა არის მატერიის ერთგვარი მდგომარეობა. ვინაიდან მისი ნაწილაკები ელექტრულად დამუხტულია, ისინი მგრძნობიარედ ემორჩილებიან ელექტრულ და მაგნიტურ ძალებს. ამიტომ, ორი ატომის ბირთვის სიახლოვე (ისინი დადებით მუხტს ატარებენ) იშვიათი მოვლენაა. მხოლოდ მაღალი სიმკვრივისა და უზარმაზარ ტემპერატურებზეა შესაძლებელი ატომური ბირთვების ერთმანეთთან შეჯახება. შემდეგ ხდება თერმობირთვული რეაქციები - ვარსკვლავების ენერგიის წყარო.
ჩვენთან უახლოესი ვარსკვლავი - მზე ძირითადად წყალბადის პლაზმისგან შედგება, რომელიც ვარსკვლავის ნაწლავებში 10 მილიონ გრადუსამდე თბება. ასეთ პირობებში ხდება წყალბადის სწრაფი ბირთვების - პროტონების ახლო შეტაკებები, თუმცა იშვიათია. ზოგჯერ მოახლოებული პროტონები ურთიერთქმედებენ: ელექტრული მოგერიების დაძლევის შემდეგ, ისინი სწრაფად ექცევიან მიზიდულობის გიგანტური ბირთვული ძალების ძალას.<падают>ერთმანეთს და შერწყმა. აქ ხდება მყისიერი გადაწყობა: ორი პროტონის ნაცვლად ჩნდება დეიტრონი (წყალბადის მძიმე იზოტოპის ბირთვი), პოზიტრონი და ნეიტრინო. გამოთავისუფლებული ენერგია არის 0,46 მილიონი ელექტრონ ვოლტი (Mev).
მზის თითოეულ პროტონს შეუძლია შევიდეს ასეთ რეაქციაში საშუალოდ 14 მილიარდ წელიწადში ერთხელ. მაგრამ სანათურის ნაწლავებში იმდენი პროტონია, რომ აქა-იქ ეს საეჭვო მოვლენა ხდება - და ჩვენი ვარსკვლავი იწვის თავისი თანაბარი, კაშკაშა ალით.
დეიტრონების სინთეზი მზის თერმობირთვული გარდაქმნების მხოლოდ პირველი ნაბიჯია. ახალშობილი დეიტრონი ძალიან მალე (საშუალოდ 5,7 წამის შემდეგ) ერწყმის კიდევ ერთ პროტონს. აქ არის მსუბუქი ჰელიუმის ბირთვი და ელექტრომაგნიტური გამოსხივების გამა კვანტი. გამოიყოფა 5,48 მევ ენერგია.
დაბოლოს, საშუალოდ, ყოველ მილიონ წელიწადში ერთხელ, მსუბუქი ჰელიუმის ორი ბირთვი შეიძლება შეერთდეს და შეერწყას. შემდეგ წარმოიქმნება ჩვეულებრივი ჰელიუმის ბირთვი (ალფა ნაწილაკი) და ორი პროტონი იყოფა. გამოიყოფა 12,85 მევ ენერგია.
ეს სამეტაპიანი<конвейер>თერმობირთვული რეაქციები არ არის ერთადერთი. არსებობს ბირთვული გარდაქმნების კიდევ ერთი ჯაჭვი, უფრო სწრაფი. მასში მონაწილეობენ ნახშირბადისა და აზოტის ატომური ბირთვები (მოხმარების გარეშე). მაგრამ ორივე შემთხვევაში ალფა ნაწილაკები სინთეზირდება წყალბადის ბირთვებიდან. ფიგურალურად რომ ვთქვათ, მზის წყალბადის პლაზმა<сгорает>, გადაქცევა<золу>- ჰელიუმის პლაზმა. ხოლო ყოველი გრამი ჰელიუმის პლაზმის სინთეზის პროცესში გამოიყოფა 175 ათასი კვტ/სთ ენერგია. დიდი თანხა!
ყოველ წამში მზე ასხივებს 41033 ერგ ენერგიას და კარგავს 41012 გ (4 მილიონი ტონა) მატერიას წონაში. მაგრამ მზის საერთო მასა არის 2 1027 ტონა, ეს ნიშნავს, რომ მილიონ წელიწადში, რადიაციის გამოსხივების გამო, მზე<худеет>მისი მასის მხოლოდ ათი მილიონი. ეს ციფრები მჭევრმეტყველად ასახავს თერმობირთვული რეაქციების ეფექტურობას და მზის ენერგიის გიგანტურ კალორიულობას.<горючего>- წყალბადი.
როგორც ჩანს, თერმობირთვული შერწყმა არის ენერგიის მთავარი წყარო ყველა ვარსკვლავისთვის. ვარსკვლავის ინტერიერების სხვადასხვა ტემპერატურასა და სიმკვრივეში სხვადასხვა ტიპის რეაქციები ხდება. კერძოდ, მზის<зола>- ჰელიუმის ბირთვები - 100 მილიონი გრადუსზე ის თავად ხდება თერმობირთვული<горючим>. შემდეგ კიდევ უფრო მძიმე ატომური ბირთვები - ნახშირბადი და ჟანგბადიც კი - შეიძლება სინთეზირებული იყოს ალფა ნაწილაკებისგან.
მრავალი მეცნიერის აზრით, მთლიანი ჩვენი მეტაგალაქტიკა ასევე არის თერმობირთვული შერწყმის ნაყოფი, რომელიც მოხდა მილიარდ გრადუს ტემპერატურაზე (იხ.<Вселенная вчера, сегодня и завтра>).

ხელოვნურ მზისკენ

თერმობირთვულის არაჩვეულებრივი კალორიული შემცველობა<горючего>აიძულა მეცნიერები ეძიათ ბირთვული შერწყმის რეაქციების ხელოვნური განხორციელება.
<Горючего>ჩვენს პლანეტაზე წყალბადის მრავალი იზოტოპია. მაგალითად, ზემძიმე წყალბადის ტრიტიუმი შეიძლება მიღებულ იქნას ლითიუმის ლითონისგან ბირთვულ რეაქტორებში. ხოლო მძიმე წყალბადი – დეიტერიუმი მძიმე წყლის ნაწილია, რომლის ამოღებაც შესაძლებელია ჩვეულებრივი წყლისგან.
ორი ჭიქა ჩვეულებრივი წყლისგან მოპოვებული მძიმე წყალბადი იმდენ ენერგიას გამოიმუშავებს შერწყმის რეაქტორში, რამდენსაც ახლა იძლევა პრემიუმ ბენზინის კასრის წვა.
სირთულე მდგომარეობს წინასწარ გათბობაში<горючее>ტემპერატურებზე, რომლებზეც მას შეუძლია აანთოს ძლიერი თერმობირთვული ცეცხლი.
ეს პრობლემა პირველად წყალბადის ბომბში მოგვარდა. წყალბადის იზოტოპები იქ იწვება ატომური ბომბის აფეთქებით, რასაც თან ახლავს ნივთიერების გათბობა მრავალი ათეული მილიონი გრადუსამდე. წყალბადის ბომბის ერთ-ერთ ვერსიაში თერმობირთვული საწვავი არის მძიმე წყალბადის ქიმიური ნაერთი მსუბუქი ლითიუმით - მსუბუქი l და t და i დეიტერიდი. ეს თეთრი ფხვნილი, სუფრის მარილის მსგავსი,<воспламеняясь>დან<спички>, რომელიც არის ატომური ბომბი, მყისიერად ფეთქდება და ქმნის ასობით მილიონი გრადუსის ტემპერატურას.
მშვიდობიანი თერმობირთვული რეაქციის დასაწყებად, უპირველეს ყოვლისა, უნდა ვისწავლოთ, თუ როგორ, ატომური ბომბის მომსახურების გარეშე, გაათბოთ წყალბადის იზოტოპების საკმარისად მკვრივი პლაზმის მცირე დოზები ასობით მილიონი გრადუსამდე ტემპერატურამდე. ეს პრობლემა ერთ-ერთი ყველაზე რთულია თანამედროვე გამოყენებით ფიზიკაში. მასზე მრავალი წელია მუშაობენ მეცნიერები მთელი მსოფლიოდან.
ჩვენ უკვე ვთქვით, რომ ეს არის ნაწილაკების ქაოტური მოძრაობა, რომელიც ქმნის სხეულების გათბობას და მათი შემთხვევითი მოძრაობის საშუალო ენერგია შეესაბამება ტემპერატურას. ცივი სხეულის გაცხელება ნიშნავს ამ უწესრიგობის შექმნას რაიმე ფორმით.
წარმოიდგინეთ, რომ მორბენალთა ორი ჯგუფი სწრაფად მიიჩქარის ერთმანეთისკენ. ასე რომ, ისინი ერთმანეთს შეეჯახა, აირია, დაიწყო ხალხმრავლობა, დაბნეულობა. დიდი არეულობა!
დაახლოებით ანალოგიურად, თავდაპირველად ფიზიკოსები ცდილობდნენ მაღალი ტემპერატურის მიღებას - მაღალი წნევის გაზის ჭავლების დაჭერით. გაზი 10 ათას გრადუსამდე თბებოდა. ერთ დროს ეს იყო რეკორდი: ტემპერატურა უფრო მაღალია, ვიდრე მზის ზედაპირზე.
მაგრამ ამ მეთოდით, გაზის შემდგომი, საკმაოდ ნელი, არაასაფეთქებელი გათბობა შეუძლებელია, რადგან თერმული აშლილობა მყისიერად ვრცელდება ყველა მიმართულებით, ათბობს საცდელი კამერის კედლებს და გარემოს. შედეგად მიღებული სითბო სწრაფად ტოვებს სისტემას და შეუძლებელია მისი იზოლირება.
თუ გაზის ჭავლები ჩანაცვლდება პლაზმური ნაკადებით, თბოიზოლაციის პრობლემა რჩება ძალიან რთული, მაგრამ არის მისი გადაჭრის იმედიც.
მართალია, პლაზმა ვერ იქნება დაცული სითბოს დაკარგვისგან ყველაზე ცეცხლგამძლე ნივთიერებისგან დამზადებული ჭურჭლითაც კი. მყარ კედლებთან კონტაქტისას ცხელი პლაზმა მაშინვე კლებულობს. მეორეს მხრივ, შეიძლება სცადოთ პლაზმის შეკავება და გაცხელება ვაკუუმში მისი დაგროვების შექმნით ისე, რომ იგი არ შეეხოს კამერის კედლებს, არამედ ჩამოკიდებული იყოს სიცარიელეში, არაფრის შეხების გარეშე. აქ უნდა ისარგებლოს იმით, რომ პლაზმის ნაწილაკები არ არის ნეიტრალური, როგორც გაზის ატომები, არამედ ელექტრულად დამუხტული. ამიტომ მოძრაობაში ისინი ექვემდებარებიან მაგნიტური ძალების მოქმედებას. ჩნდება პრობლემა: მოაწყოს სპეციალური კონფიგურაციის მაგნიტური ველი, რომელშიც ცხელი პლაზმა დაკიდებული იქნება, როგორც ჩანთაში უხილავი კედლებით.
ასეთი ელექტრული ველის უმარტივესი ფორმა იქმნება ავტომატურად, როდესაც ძლიერი ელექტრული დენის იმპულსები გადის პლაზმაში. ამ შემთხვევაში, პლაზმური ძაფის ირგვლივ წარმოიქმნება მაგნიტური ძალები, რომლებიც მიდრეკილნი არიან შეკუმშონ ძაფი. პლაზმა გამოყოფილია გამონადენი მილის კედლებიდან და ტემპერატურა 2 მილიონ გრადუსამდე იზრდება ძაფის ღერძის მახლობლად ნაწილაკების ნაკადში.
ჩვენს ქვეყანაში ასეთი ექსპერიმენტები ჯერ კიდევ 1950 წელს ტარდებოდა აკადემიკოს ჯ.ი.-ს ხელმძღვანელობით. ა.არციმოვიჩი და მ.ა.ლეონტოვიჩი.
ექსპერიმენტების კიდევ ერთი მიმართულებაა მაგნიტური ბოთლის გამოყენება, რომელიც შემოთავაზებულია 1952 წელს საბჭოთა ფიზიკოსის G. I. Budker-ის მიერ, ახლა აკადემიკოსი. მაგნიტური ბოთლი მოთავსებულია კორქტრონაში - ცილინდრული ვაკუუმ კამერა აღჭურვილი გარე გრაგნილით, რომელიც სქელდება კამერის ბოლოებში. გრაგნილში გამავალი დენი ქმნის მაგნიტურ ველს პალატაში. შუა ნაწილში მისი ძალის ხაზები პარალელურია ცილინდრის გენერატრიკებთან, ბოლოებში კი შეკუმშულია და ქმნის მაგნიტურ საცობებს. პლაზმის ნაწილაკები, რომლებიც შეჰყავთ მაგნიტურ ბოთლში, ტრიალდება ძალის ხაზების გარშემო და აირეკლება საცობებიდან. შედეგად, პლაზმა ინახება ბოთლის შიგნით გარკვეული დროის განმავლობაში. თუ ბოთლში შეყვანილი პლაზმის ნაწილაკების ენერგია საკმარისად მაღალია და საკმარისია, ისინი შედიან ძალთა კომპლექსურ ურთიერთქმედებაში, მათი თავდაპირველი მოწესრიგებული მოძრაობა იხლართება, ირღვევა - წყალბადის ბირთვების ტემპერატურა ათეულობით მილიონ გრადუსამდე იზრდება. .
დამატებითი გათბობა მიიღწევა ელექტრომაგნიტური საშუალებით<ударами>პლაზმით, მაგნიტური ველის შეკუმშვით და ა.შ. ახლა მძიმე წყალბადის ბირთვების პლაზმა ასობით მილიონი გრადუსამდე თბება. მართალია, ეს შეიძლება გაკეთდეს მოკლე დროში ან დაბალი პლაზმური სიმკვრივით.
თვითშენარჩუნებული რეაქციის გასააქტიურებლად აუცილებელია პლაზმის ტემპერატურისა და სიმკვრივის შემდგომი გაზრდა. ამის მიღწევა რთულია. თუმცა, პრობლემა, როგორც მეცნიერები დარწმუნებულნი არიან, უდავოდ გადასაჭრელია.

გ.ბ. ანფილოვი

ფოტოების განთავსება და სტატიების ციტირება ჩვენი საიტიდან სხვა რესურსებზე ნებადართულია წყაროსა და ფოტოების ბმული მოწოდებული პირობით.

ᲐᲑᲡᲝᲚᲣᲢᲣᲠᲘ ᲜᲣᲚᲘ

ᲐᲑᲡᲝᲚᲣᲢᲣᲠᲘ ᲜᲣᲚᲘ, ტემპერატურა, რომლის დროსაც სისტემის ყველა კომპონენტს აქვს კვანტური მექანიკის კანონებით დაშვებული ენერგიის ყველაზე მცირე რაოდენობა; ნული კელვინის ტემპერატურის შკალაზე, ან -273,15 ° C (-459,67 ° ფარენჰეიტი). ამ ტემპერატურაზე სისტემის ენტროპია - სასარგებლო სამუშაოს შესასრულებლად ხელმისაწვდომი ენერგიის რაოდენობა - ასევე ნულის ტოლია, თუმცა სისტემის ენერგიის მთლიანი რაოდენობა შეიძლება განსხვავდებოდეს ნულისაგან.

სამეცნიერო და ტექნიკური ენციკლოპედიური ლექსიკონი.

ნახეთ, რა არის "აბსოლუტური ნული" სხვა ლექსიკონებში:

ტემპერატურა არის მინიმალური ტემპერატურის ზღვარი, რომელიც შეიძლება ჰქონდეს ფიზიკურ სხეულს. აბსოლუტური ნული არის ამოსავალი წერტილი აბსოლუტური ტემპერატურის მასშტაბისთვის, როგორიცაა კელვინის სკალა. ცელსიუსის შკალაზე აბსოლუტური ნული შეესაბამება ტემპერატურას −273 ... ვიკიპედია

აბსოლუტური ნულოვანი ტემპერატურა- თერმოდინამიკური ტემპერატურის მასშტაბის წარმოშობა; მდებარეობს 273,16 K (კელვინი) ქვემოთ (იხ.) წყლის, ე.ი. უდრის 273,16 ° C (ცელსიუსი). აბსოლუტური ნული არის ყველაზე დაბალი ტემპერატურა ბუნებაში და თითქმის მიუღწეველი... დიდი პოლიტექნიკური ენციკლოპედია

ეს არის მინიმალური ტემპერატურის ზღვარი, რომელიც შეიძლება ჰქონდეს ფიზიკურ სხეულს. აბსოლუტური ნული არის ამოსავალი წერტილი აბსოლუტური ტემპერატურის მასშტაბისთვის, როგორიცაა კელვინის სკალა. ცელსიუსის შკალაზე აბსოლუტური ნული შეესაბამება −273,15 °C ტემპერატურას. ... ... ვიკიპედია

აბსოლუტური ნულოვანი ტემპერატურა არის მინიმალური ტემპერატურის ზღვარი, რომელიც შეიძლება ჰქონდეს ფიზიკურ სხეულს. აბსოლუტური ნული არის ამოსავალი წერტილი აბსოლუტური ტემპერატურის მასშტაბისთვის, როგორიცაა კელვინის სკალა. ცელსიუსის შკალაზე აბსოლუტური ნული შეესაბამება ... ... ვიკიპედიას

რაზგ. უგულებელყოფა უმნიშვნელო, უმნიშვნელო ადამიანი. FSRYA, 288; BTS, 24; ZS 1996, 33 ...

ნული- აბსოლუტური ნული … რუსული იდიომების ლექსიკონი

ნულოვანი და ნულოვანი ნ., მ., გამოყენება. კომპ. ხშირად მორფოლოგია: (არა) რა? ნული და ნული, რატომ? ნული და ნული, (იხილეთ) რა? ნული და ნული, რა? ნული და ნული, რაზე? დაახლოებით ნული, ნული; pl. რა? ნულები და ნულები, (არა) რა? ნულები და ნულები, რატომ? ნულები და ნულები, (მე ვხედავ) ... ... დიმიტრიევის ლექსიკონი

აბსოლუტური ნული (ნულოვანი). რაზგ. უგულებელყოფა უმნიშვნელო, უმნიშვნელო ადამიანი. FSRYA, 288; BTS, 24; ZS 1996, 33 ნულამდე. 1. ჯარგ. ისინი ამბობენ შატლი. რკინის. მძიმე ინტოქსიკაციის შესახებ. იუგანოვი, 471; ვახიტოვი 2003, 22. 2. ჯარგ. მუსიკა ზუსტად, სრული დაცვით ... ... რუსული გამონათქვამების დიდი ლექსიკონი

აბსოლუტური- აბსოლუტური აბსურდი აბსოლუტური ავტორიტეტი აბსოლუტური უმწიკვლობა აბსოლუტური აშლილობა აბსოლუტური ფიქცია აბსოლუტური იმუნიტეტი აბსოლუტური ლიდერი აბსოლუტური მინიმალური აბსოლუტური მონარქი აბსოლუტური მორალი აბსოლუტური ნული ... ... რუსული იდიომების ლექსიკონი

წიგნები

• აბსოლუტური ნული, აბსოლუტური პაველი. ნეს რასის შეშლილი მეცნიერის ყველა ქმნილების სიცოცხლე ძალიან ხანმოკლეა. მაგრამ შემდეგ ექსპერიმენტს აქვს არსებობის შანსი. რა ელის მას წინ?...