Premýšľali ste niekedy o tom, aká nízka môže byť teplota? Čo je absolútna nula? Podarí sa to ľudstvu niekedy dosiahnuť a aké možnosti sa po takomto objave otvoria? Tieto a ďalšie podobné otázky už dlho zamestnávajú mysle mnohých fyzikov a jednoducho zvedavých ľudí.
Čo je absolútna nula
Aj keď ste od detstva nemali radi fyziku, pravdepodobne poznáte pojem teplota. Vďaka molekulárnej kinetickej teórii dnes vieme, že medzi ňou a pohybmi molekúl a atómov existuje určité statické spojenie: čím vyššia je teplota akéhokoľvek fyzického telesa, tým rýchlejšie sa pohybujú jeho atómy a naopak. Vynára sa otázka: „Existuje taká spodná hranica, pri ktorej elementárne častice zamrznú na mieste?“. Vedci sa domnievajú, že je to teoreticky možné, teplomer bude okolo -273,15 stupňa Celzia. Táto hodnota sa nazýva absolútna nula. Inými slovami, toto je minimálna možná hranica, na ktorú sa môže fyzické telo ochladiť. Existuje dokonca aj absolútna teplotná stupnica (Kelvinova stupnica), v ktorej je absolútna nula referenčným bodom a jednotkový diel stupnice sa rovná jednému stupňu. Vedci na celom svete neprestávajú pracovať na dosiahnutí tejto hodnoty, pretože to ľudstvu sľubuje veľké vyhliadky.
Prečo je to také dôležité
Extrémne nízke a extrémne vysoké teploty úzko súvisia s pojmom supratekutosť a supravodivosť. Zmiznutie elektrického odporu v supravodičoch umožní dosiahnuť nepredstaviteľné hodnoty účinnosti a eliminovať akékoľvek straty energie. Ak by sa podarilo nájsť spôsob, ktorý by umožnil slobodne dosiahnuť hodnotu „absolútnej nuly“, mnohé problémy ľudstva by boli vyriešené. Vlaky vznášajúce sa nad koľajami, ľahšie a menšie motory, transformátory a generátory, vysoko presná magnetoencefalografia, vysoko presné hodiny sú len niekoľkými príkladmi toho, čo môže supravodivosť priniesť do našich životov.
Najnovšie vedecké úspechy
V septembri 2003 sa výskumníkom z MIT a NASA podarilo ochladiť plynný sodík na historické minimum. Počas experimentu im do cieľa chýbalo len pol miliardtiny stupňa (absolútna nula). Počas testov bol sodík vždy v magnetickom poli, ktoré mu bránilo dotýkať sa stien nádoby. Ak by bolo možné prekonať teplotnú bariéru, molekulárny pohyb v plyne by sa úplne zastavil, pretože takéto ochladzovanie by vytiahlo všetku energiu zo sodíka. Vedci použili techniku, ktorej autor (Wolfgang Ketterle) dostal v roku 2001 Nobelovu cenu za fyziku. Kľúčovým bodom vykonaných testov boli plynné Bose-Einsteinove kondenzačné procesy. Medzitým ešte nikto nezrušil tretí termodynamický zákon, podľa ktorého je absolútna nula nielen neprekonateľnou, ale aj nedosiahnuteľnou hodnotou. Okrem toho platí Heisenbergov princíp neurčitosti a atómy sa jednoducho nedokážu zastaviť. Absolútna nula teploty tak zatiaľ zostáva pre vedu nedosiahnuteľná, aj keď sa k nej vedci dokázali priblížiť na zanedbateľne malú vzdialenosť.
Akékoľvek meranie vyžaduje referenčný bod. Teplota nie je výnimkou. Pre stupnicu Fahrenheita je takouto nulovou značkou teplota snehu zmiešaného s kuchynskou soľou, pre stupnicu Celzia bod mrazu vody. Existuje však špeciálny referenčný bod teploty - absolútna nula. Absolútna teplota nula zodpovedá 273,15 stupňom Celzia pod nulou, 459,67 Fahrenheita pod nulou. Pre Kelvinovu teplotnú stupnicu je táto teplota samotná nulovou značkou.
Podstata absolútnej nulovej teploty
Pojem absolútnej nuly vychádza zo samotnej podstaty teploty. Každé teleso má energiu, ktorú odovzdáva vonkajšiemu prostrediu pri prenose tepla. V tomto prípade sa telesná teplota znižuje, t.j. zostáva menej energie. Teoreticky môže tento proces pokračovať, kým množstvo energie nedosiahne také minimum, pri ktorom ju telo už nedokáže rozdávať.Vzdialenú predzvesť takejto myšlienky možno nájsť už u M.V.Lomonosova. Veľký ruský vedec vysvetlil teplo "rotačným" pohybom. Preto je hraničný stupeň ochladzovania úplným zastavením takéhoto pohybu.Podľa moderných koncepcií je absolútna nulová teplota stav hmoty, v ktorom majú molekuly najnižšiu možnú energetickú hladinu. S menšou energiou, t.j. pri nižšej teplote nemôže existovať žiadne fyzické telo.
Teória a prax
Absolútna nulová teplota je teoretický pojem, v praxi ju nie je možné dosiahnuť v zásade ani v podmienkach vedeckých laboratórií s tým najsofistikovanejším vybavením. Vedcom sa ale darí ochladiť hmotu na veľmi nízke teploty, ktoré sa blížia k absolútnej nule.Pri takýchto teplotách získavajú látky úžasné vlastnosti, ktoré za normálnych okolností mať nemôžu. Ortuť, ktorá sa nazýva „živé striebro“ kvôli svojmu takmer tekutému stavu, sa pri tejto teplote stáva tuhou – do tej miery, že môže zatĺcť klince. Niektoré kovy sa stávajú krehkými, napríklad sklo. Guma sa stáva tvrdou a krehkou. Ak pri teplote blízkej absolútnej nule udriete kladivom do gumeného predmetu, rozbije sa ako sklo Takáto zmena vlastností súvisí aj s charakterom tepla. Čím vyššia je teplota fyzického tela, tým intenzívnejšie a chaotickejšie sa molekuly pohybujú. Keď teplota klesá, pohyb sa stáva menej intenzívnym a štruktúra sa stáva usporiadanejšou. Takže plyn sa stáva kvapalinou a kvapalina sa stáva pevnou látkou. Obmedzujúcou úrovňou poriadku je kryštálová štruktúra. Pri ultranízkych teplotách ju získavajú aj látky, ktoré v normálnom stave zostanú amorfné, napríklad guma.K zaujímavým javom dochádza aj pri kovoch. Atómy kryštálovej mriežky vibrujú s menšou amplitúdou, rozptyl elektrónov sa znižuje, preto sa znižuje elektrický odpor. Kov získava supravodivosť, ktorej praktická aplikácia sa zdá byť veľmi lákavá, aj keď ťažko dosiahnuteľná.Veda
Až donedávna bola najchladnejšia teplota, akú fyzické telo mohlo mať, teplota „absolútnej nuly“ na Kelvinovej stupnici. Zodpovedá to −273,15 stupňov Celzia alebo -460 stupňov Fahrenheita.
Teraz sa fyzikom z Nemecka podarilo dosiahnuť teploty pod absolútnou nulou. Takýto objav pomôže vedcom pochopiť javy ako temná energia a vytvoriť nové formy hmoty.
Teplota absolútnej nuly
V polovici 19. storočia vytvoril britský fyzik Lord Kelvin absolútnu teplotnú stupnicu a určil ju nič nemôže byť chladnejšie ako absolútna nula. Keď majú častice teplotu absolútnej nuly, prestanú sa pohybovať a nemajú žiadnu energiu.
Teplota objektu je mierou toho, ako veľmi sa atómy pohybujú. Čím je objekt chladnejší, tým pomalšie sa atómy pohybujú. Pri absolútnej nule alebo -273,15 stupňoch Celzia sa atómy prestávajú pohybovať.
V 50. rokoch začali fyzici tvrdiť, že častice nie vždy strácajú energiu pri absolútnej nule.
Vedci z Univerzita Ludwiga Maximiliána v Mníchove a Inštitút Maxa Plancka pre kvantovú optiku v Garching vytvoril plyn, ktorý sa stal chladnejšie ako absolútna nula o niekoľko nanokelvinov.
Ochladili asi 100 000 atómov na pozitívnu teplotu niekoľkých nanokelvinov (nanokelvin je jedna miliardtina kelvinu) a pomocou siete laserových lúčov a magnetických polí kontrolovali správanie atómov a posúvali ich na nový teplotný limit.
najvyššia teplota
Ak sa za najnižšiu možnú teplotu považuje absolútna nula, akú teplotu potom možno považovať za jej opak – najvyššiu teplotu? Podľa kozmologických modelov je najvyššou možnou teplotou Planckova teplota, ktorá zodpovedá 1,416785(71)x1032 kelvinov (141 nemilióna 679 oktiliónov stupňov).
Náš vesmír už prekonal Planckovu teplotu. Stalo sa to 10^-42 sekúnd po veľkom tresku, keď sa zrodil vesmír.
Najnižšia teplota na Zemi
Najnižšia teplota na Zemi bola zaznamenaná 21. júla 1983 na stanici Vostok v Antarktíde a bola -89,2 stupňov Celzia.
Stanica Vostok je najchladnejšie trvalo obývané miesto na Zemi. Založilo ho Rusko v roku 1957 a nachádza sa v nadmorskej výške 3488 metrov nad morom.
Najvyššia teplota na Zemi
Najvyššia teplota na Zemi bola zaznamenaná 10. júla 1913 v Death Valley v Kalifornii a bolo 56,7 stupňov Celzia.
Doterajší rekord najvyššej teploty na svete v meste Al Aziziyah v Líbyi, ktorý dosahoval 57,7 stupňa Celzia, bol vyvrátený. Svetová meteorologická organizácia z dôvodu nespoľahlivosti údajov.
Absolútna teplota nula zodpovedá 273,15 stupňom Celzia pod nulou, 459,67 Fahrenheita pod nulou. Pre Kelvinovu teplotnú stupnicu je táto teplota samotná nulovou značkou.
Podstata absolútnej nulovej teploty
Pojem absolútnej nuly vychádza zo samotnej podstaty teploty. Každé telo, ktoré sa vzdá vonkajšiemu prostrediu v priebehu . V tomto prípade sa telesná teplota znižuje, t.j. zostáva menej energie. Teoreticky môže tento proces pokračovať, kým množstvo energie nedosiahne také minimum, pri ktorom ju telo už nedokáže rozdávať.
Vzdialenú predzvesť takejto myšlienky možno nájsť už u M.V.Lomonosova. Veľký ruský vedec vysvetlil teplo "rotačným" pohybom. Preto je medzným stupňom chladenia úplným zastavením takéhoto pohybu.
Podľa moderných koncepcií je absolútna nula teplota, pri ktorej majú molekuly najnižšiu možnú energetickú hladinu. S menšou energiou, t.j. pri nižšej teplote nemôže existovať žiadne fyzické telo.
Teória a prax
Absolútna nulová teplota je teoretický pojem, v praxi ju nie je možné dosiahnuť v zásade ani v podmienkach vedeckých laboratórií s tým najsofistikovanejším vybavením. Vedcom sa ale darí ochladiť hmotu na veľmi nízke teploty, ktoré sa blížia k absolútnej nule.
Pri takýchto teplotách získavajú látky úžasné vlastnosti, ktoré za bežných okolností nemôžu mať. Ortuť, ktorá sa nazýva „živé striebro“ kvôli svojmu takmer tekutému stavu, sa pri tejto teplote stáva tuhou – do tej miery, že môže zatĺcť klince. Niektoré kovy sa stávajú krehkými, napríklad sklo. Guma sa stáva rovnako tvrdou. Ak na gumený predmet udrieme kladivom pri teplote blízkej absolútnej nule, rozbije sa ako sklo.
Takáto zmena vlastností súvisí aj s charakterom tepla. Čím vyššia je teplota fyzického tela, tým intenzívnejšie a chaotickejšie sa molekuly pohybujú. Keď teplota klesá, pohyb sa stáva menej intenzívnym a štruktúra sa stáva usporiadanejšou. Takže plyn sa stáva kvapalinou a kvapalina sa stáva pevnou látkou. Obmedzujúcou úrovňou poriadku je kryštálová štruktúra. Pri ultranízkych teplotách ho získavajú aj látky, ktoré v normálnom stave zostávajú amorfné, napríklad kaučuk.
Pri kovoch sa vyskytujú zaujímavé javy. Atómy kryštálovej mriežky vibrujú s menšou amplitúdou, rozptyl elektrónov sa znižuje, preto sa znižuje elektrický odpor. Kov získava supravodivosť, ktorej praktická aplikácia sa zdá byť veľmi lákavá, aj keď ťažko dosiahnuteľná.
Absolútna nula zodpovedá teplote −273,15 °C.
Verí sa, že absolútna nula je v praxi nedosiahnuteľná. Jeho existencia a poloha na teplotnej škále vyplýva z extrapolácie pozorovaných fyzikálnych javov, pričom takáto extrapolácia ukazuje, že pri absolútnej nule sa energia tepelného pohybu molekúl a atómov látky musí rovnať nule, teda chaotickému pohyb častíc sa zastaví a vytvoria usporiadanú štruktúru, zaujímajúcu jasnú polohu v uzloch kryštálovej mriežky. V skutočnosti však aj pri absolútnej nulovej teplote zostanú pravidelné pohyby častíc, ktoré tvoria hmotu. Zvyšné fluktuácie, ako napríklad vibrácie nulového bodu, sú spôsobené kvantovými vlastnosťami častíc a fyzikálnym vákuom, ktoré ich obklopuje.
V súčasnosti sú fyzikálne laboratóriá schopné získať teploty prekračujúce absolútnu nulu len o niekoľko milióntin stupňa; nie je možné ho dosiahnuť podľa zákonov termodynamiky.
Poznámky
Literatúra
- G. Burmin. Búrlivá absolútna nula. - M.: "Literatúra pre deti", 1983.
pozri tiež
Nadácia Wikimedia. 2010.
Synonymá:Pozrite sa, čo je „Absolútna nula“ v iných slovníkoch:
Teploty, pôvod teploty na termodynamickej teplotnej stupnici (pozri TERMODYNAMICKÁ TEPLOTA STUPNICA). Absolútna nula sa nachádza 273,16 °C pod teplotou trojitého bodu (pozri TRIPLE BOD) vody, pre ktorú ... ... encyklopedický slovník
Teploty, pôvod teploty na termodynamickej teplotnej stupnici. Absolútna nula sa nachádza 273,16°C pod trojitým bodom teploty vody (0,01°C). Absolútna nula je zásadne nedosiahnuteľná, teploty sú prakticky dosiahnuté, ... ... Moderná encyklopédia
Teploty sú zdrojom údajov o teplote na termodynamickej teplotnej stupnici. Absolútna nula sa nachádza 273,16.C pod teplotou trojného bodu vody, pre ktorú je akceptovaná hodnota 0,01.C. Absolútna nula je v podstate nedosiahnuteľná (pozri ... ... Veľký encyklopedický slovník
Teplota vyjadrujúca neprítomnosť tepla je 218 ° C. Slovník cudzích slov zahrnutých v ruskom jazyku. Pavlenkov F., 1907. absolútna nulová teplota (fyz.) – najnižšia možná teplota (273,15°C). Veľký slovník ...... Slovník cudzích slov ruského jazyka
absolútna nula- Extrémne nízka teplota, pri ktorej sa zastaví tepelný pohyb molekúl, v Kelvinovej stupnici absolútna nula (0°K) zodpovedá -273,16 ± 0,01°C ... Geografický slovník
Existuje., počet synoným: 15 kolo nula (8) mužíček (32) malý poter ... Slovník synonym
Extrémne nízka teplota, pri ktorej sa zastaví tepelný pohyb molekúl. Tlak a objem ideálneho plynu sa podľa zákona Boyle Mariotte rovná nule a referenčný bod pre absolútnu teplotu na Kelvinovej stupnici sa berie ... ... Ekologický slovník
absolútna nula-- [A.S. Goldberg. Anglický ruský energetický slovník. 2006] Témy energie vo všeobecnosti EN nulový bod … Technická príručka prekladateľa
Referenčný bod absolútnej teploty. Zodpovedá 273,16 ° C. V súčasnosti vo fyzikálnych laboratóriách bolo možné dosiahnuť teplotu presahujúcu absolútnu nulu len o niekoľko miliónových stupňov, ale dosiahnuť ju podľa zákonov ... ... Collierova encyklopédia
absolútna nula- absoliutusis nulis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Termodinaminės temperatūros atskaitos pradžia, esanti 273,16 K žemiau vandens trigubojo taško. Teplota 273,16 °C, 459,69 °F teplota 0 K. atitikmenys: anglicky… … Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas
absolútna nula- absoliutusis nulis statusas T sritis chemija apibrėžtis Kelvino skalės nulis (−273,16 °C). atitikmenys: angl. absolútna nula rus. absolútna nula... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas
