Você já pensou em como a temperatura pode ser fria? O que é zero absoluto? A humanidade será capaz de alcançá-lo e que oportunidades se abrirão após tal descoberta? Essas e outras questões semelhantes há muito ocupam as mentes de muitos físicos e pessoas simplesmente curiosas.

O que é zero absoluto

Mesmo que você não goste de física desde a infância, provavelmente conhece o conceito de temperatura. Graças à teoria da cinética molecular, sabemos agora que existe uma certa conexão estática entre ela e os movimentos de moléculas e átomos: quanto maior a temperatura de qualquer corpo físico, mais rápido seus átomos se movem e vice-versa. Surge a pergunta: "Existe um limite tão baixo no qual as partículas elementares irão congelar no lugar?". Os cientistas acreditam que isso é teoricamente possível, o termômetro estará em torno de -273,15 graus Celsius. Esse valor é chamado de zero absoluto. Em outras palavras, este é o limite mínimo possível ao qual um corpo físico pode ser resfriado. Existe até uma escala de temperatura absoluta (a escala Kelvin), na qual o zero absoluto é o ponto de referência e uma divisão unitária da escala é igual a um grau. Cientistas de todo o mundo não param de trabalhar para alcançar esse valor, pois isso promete grandes perspectivas para a humanidade.

Por que isso é tão importante

Temperaturas extremamente baixas e extremamente altas estão intimamente relacionadas ao conceito de superfluidez e supercondutividade. O desaparecimento da resistência elétrica nos supercondutores permitirá alcançar valores impensáveis ​​de eficiência e eliminar quaisquer perdas de energia. Se fosse possível encontrar um caminho que permitisse atingir livremente o valor do "zero absoluto", muitos dos problemas da humanidade seriam resolvidos. Trens pairando sobre os trilhos, motores mais leves e menores, transformadores e geradores, magnetoencefalografia de alta precisão, relógios de alta precisão são apenas alguns exemplos do que a supercondutividade pode trazer para nossas vidas.

As últimas conquistas científicas

Em setembro de 2003, pesquisadores do MIT e da NASA conseguiram resfriar o gás sódio a um nível mais baixo de todos os tempos. Durante o experimento, eles estavam apenas meio bilionésimo de grau abaixo da linha de chegada (zero absoluto). Durante os testes, o sódio estava sempre em um campo magnético, o que o impedia de tocar as paredes do recipiente. Se fosse possível superar a barreira da temperatura, o movimento molecular no gás pararia completamente, pois esse resfriamento extrairia toda a energia do sódio. Os pesquisadores aplicaram uma técnica cujo autor (Wolfgang Ketterle) recebeu o Prêmio Nobel de Física em 2001. O ponto chave nos testes realizados foram os processos de condensação gasosa Bose-Einstein. Enquanto isso, ninguém ainda cancelou a terceira lei da termodinâmica, segundo a qual o zero absoluto não é apenas um valor intransponível, mas também inatingível. Além disso, o princípio da incerteza de Heisenberg se aplica, e os átomos simplesmente não podem parar em suas trilhas. Assim, por enquanto, a temperatura do zero absoluto para a ciência permanece inatingível, embora os cientistas tenham conseguido abordá-la a uma distância desprezível.

Qualquer medição requer um ponto de referência. A temperatura não é exceção. Para a escala Fahrenheit, essa marca zero é a temperatura da neve misturada com sal de mesa, para a escala Celsius, o ponto de congelamento da água. Mas há um ponto de referência de temperatura especial - zero absoluto. A temperatura absoluta zero corresponde a 273,15 graus Celsius abaixo de zero, 459,67 abaixo de zero Fahrenheit. Para a escala de temperatura Kelvin, essa temperatura em si é a marca zero.

A essência da temperatura zero absoluto

O conceito de zero absoluto vem da própria essência da temperatura. Qualquer corpo tem energia que dá ao ambiente externo durante a transferência de calor. Neste caso, a temperatura do corpo diminui, ou seja, sobra menos energia. Teoricamente, esse processo pode continuar até que a quantidade de energia atinja um mínimo no qual o corpo não possa mais distribuí-la.
Um prenúncio distante de tal ideia já pode ser encontrado em M.V. Lomonosov. O grande cientista russo explicou o calor pelo movimento "rotativo". Portanto, o grau limite de resfriamento é uma parada completa desse movimento.De acordo com os conceitos modernos, a temperatura zero absoluto é um estado da matéria em que as moléculas têm o menor nível de energia possível. Com menos energia, ou seja, a uma temperatura mais baixa, nenhum corpo físico pode existir.

A teoria e a prática

A temperatura zero absoluta é um conceito teórico, é impossível alcançá-la na prática, em princípio, mesmo nas condições de laboratórios científicos com os equipamentos mais sofisticados. Mas os cientistas conseguem resfriar a matéria a temperaturas muito baixas, próximas do zero absoluto.A essas temperaturas, as substâncias adquirem propriedades surpreendentes que não podem ter em circunstâncias normais. O mercúrio, chamado de "prata viva" por causa de seu estado quase líquido, torna-se sólido a essa temperatura, a ponto de poder martelar pregos. Alguns metais tornam-se quebradiços, como o vidro. A borracha torna-se dura e quebradiça. Se, a uma temperatura próxima do zero absoluto, você atingir um objeto de borracha com um martelo, ele quebrará como o vidro.Essa mudança nas propriedades também está associada à natureza do calor. Quanto mais alta a temperatura do corpo físico, mais intensa e caótica as moléculas se movem. À medida que a temperatura diminui, o movimento torna-se menos intenso e a estrutura torna-se mais ordenada. Assim, o gás torna-se líquido e o líquido torna-se sólido. O nível limitante de ordem é a estrutura cristalina. Em temperaturas ultrabaixas, mesmo substâncias que permanecem amorfas em seu estado normal, como a borracha, a adquirem.Fenômenos interessantes também ocorrem com metais. Os átomos da rede cristalina vibram com uma amplitude menor, o espalhamento de elétrons diminui, portanto, a resistência elétrica diminui. O metal adquire supercondutividade, cuja aplicação prática parece muito tentadora, embora difícil de alcançar.

A ciência

Até recentemente, a temperatura mais fria que um corpo físico poderia ter era a temperatura do "zero absoluto" na escala Kelvin. Corresponde -273,15 graus Celsius ou -460 graus Fahrenheit.

Agora, físicos da Alemanha conseguiram atingir temperaturas abaixo do zero absoluto. Tal descoberta ajudará os cientistas a entender fenômenos como a energia escura e criar novas formas de matéria.

Temperatura zero absoluta

Em meados do século 19, o físico britânico Lord Kelvin criou a escala de temperatura absoluta e determinou que nada pode ser mais frio que o zero absoluto. Quando as partículas estão na temperatura zero absoluto, elas param de se mover e não têm energia.

A temperatura de um objeto é uma medida de quanto os átomos estão se movendo. Quanto mais frio o objeto, mais lentamente os átomos se movem. No zero absoluto, ou -273,15 graus Celsius, os átomos param de se mover.

Na década de 1950, os físicos começaram a argumentar que as partículas nem sempre perdem energia no zero absoluto.

Cientistas de Universidade Ludwig Maximilian em Munique e Instituto Max Planck de Óptica Quântica em Garching criou um gás que se tornou mais frio que o zero absoluto por alguns nanokelvins.

Eles resfriaram cerca de 100.000 átomos a uma temperatura positiva de alguns nanokelvins (um nanokelvin é um bilionésimo de um kelvin) e usaram uma rede de feixes de laser e campos magnéticos para controlar o comportamento dos átomos e empurrá-los para um novo limite de temperatura.

temperatura mais alta

Se a temperatura mais baixa possível é considerada zero absoluto, então qual temperatura pode ser considerada o oposto - a temperatura mais alta? De acordo com os modelos cosmológicos, a temperatura mais alta possível é a temperatura de Planck, que corresponde a 1,416785(71)x1032 kelvins (141 nonillion 679 octillion graus).

Nosso Universo já passou pela temperatura de Planck. Isso aconteceu 10^-42 segundos após o Big Bang, quando o Universo nasceu.

A temperatura mais baixa da Terra

A temperatura mais baixa da Terra foi registrada em 21 de julho de 1983 na estação Vostok, na Antártida, e foi -89,2 graus Celsius.

A Estação Vostok é o lugar habitado permanente mais frio da Terra. Foi fundada pela Rússia em 1957 e está localizada a uma altitude de 3.488 metros acima do nível do mar.

A temperatura mais alta da Terra

A temperatura mais alta da Terra foi registrada em 10 de julho de 1913 no Vale da Morte na Califórnia e foi 56,7 graus Celsius.

O recorde anterior para a temperatura mais alta do mundo na cidade de Al Aziziyah, na Líbia, que era de 57,7 graus Celsius, foi refutado Organização Meteorológica Mundial devido à falta de confiabilidade dos dados.

A temperatura absoluta zero corresponde a 273,15 graus Celsius abaixo de zero, 459,67 abaixo de zero Fahrenheit. Para a escala de temperatura Kelvin, essa temperatura em si é a marca zero.

A essência da temperatura zero absoluto

O conceito de zero absoluto vem da própria essência da temperatura. Qualquer corpo que ceda ao ambiente externo no curso de . Neste caso, a temperatura do corpo diminui, ou seja, sobra menos energia. Teoricamente, esse processo pode continuar até que a quantidade de energia atinja um mínimo no qual o corpo não possa mais distribuí-la.
Um prenúncio distante de tal ideia já pode ser encontrado em M.V. Lomonosov. O grande cientista russo explicou o calor pelo movimento "rotativo". Portanto, o grau limite de resfriamento é uma parada completa desse movimento.

De acordo com os conceitos modernos, a temperatura do zero absoluto é aquela em que as moléculas têm o menor nível de energia possível. Com menos energia, ou seja, a uma temperatura mais baixa, nenhum corpo físico pode existir.

A teoria e a prática

A temperatura zero absoluta é um conceito teórico, é impossível alcançá-la na prática, em princípio, mesmo nas condições de laboratórios científicos com os equipamentos mais sofisticados. Mas os cientistas conseguem resfriar a matéria a temperaturas muito baixas, próximas do zero absoluto.

A tais temperaturas, as substâncias adquirem propriedades surpreendentes que não podem ter em circunstâncias normais. O mercúrio, chamado de "prata viva" por causa de seu estado quase líquido, torna-se sólido a essa temperatura, a ponto de poder martelar pregos. Alguns metais tornam-se quebradiços, como o vidro. A borracha torna-se tão dura. Se um objeto de borracha for atingido com um martelo a uma temperatura próxima do zero absoluto, ele quebrará como vidro.

Essa mudança nas propriedades também está associada à natureza do calor. Quanto mais alta a temperatura do corpo físico, mais intensa e caótica as moléculas se movem. À medida que a temperatura diminui, o movimento torna-se menos intenso e a estrutura torna-se mais ordenada. Assim, o gás torna-se líquido e o líquido torna-se sólido. O nível limitante de ordem é a estrutura cristalina. Em temperaturas ultrabaixas, é adquirido mesmo por substâncias que no estado normal permanecem amorfas, por exemplo, borracha.

Fenômenos interessantes ocorrem com metais. Os átomos da rede cristalina vibram com uma amplitude menor, o espalhamento de elétrons diminui, portanto, a resistência elétrica diminui. O metal adquire supercondutividade, cuja aplicação prática parece muito tentadora, embora difícil de alcançar.

O zero absoluto corresponde a uma temperatura de -273,15 °C.

Acredita-se que o zero absoluto é inatingível na prática. Sua existência e posição na escala de temperatura decorrem da extrapolação dos fenômenos físicos observados, enquanto tal extrapolação mostra que no zero absoluto a energia do movimento térmico de moléculas e átomos de uma substância deve ser igual a zero, ou seja, a energia caótica o movimento das partículas para e elas formam uma estrutura ordenada, ocupando uma posição clara nos nós da rede cristalina. No entanto, de fato, mesmo na temperatura zero absoluto, os movimentos regulares das partículas que compõem a matéria permanecerão. As flutuações restantes, como vibrações de ponto zero, são devidas às propriedades quânticas das partículas e ao vácuo físico que as cerca.

Atualmente, os laboratórios físicos têm conseguido obter temperaturas que excedem o zero absoluto em apenas alguns milionésimos de grau; é impossível alcançá-lo, de acordo com as leis da termodinâmica.

Notas

Literatura

• G. Birmânia. Tempestade do zero absoluto. - M.: "Literatura infantil", 1983.

Veja também

Fundação Wikimedia. 2010.

Sinônimos:

Veja o que é "Absolute Zero" em outros dicionários:

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