Какво е абсолютна нула в термодинамиката?

Температурата на околната среда е и е била през цялата история много определящ елемент за оцеляването на различните живи същества и нещо, което е белязало бъдещето на еволюцията и в случая с хората, начина на разбиране на света, който ни заобикаля. заобикаля.

Всъщност голяма част от известния живот може да съществува само в рамките на топлинни граници и дори движението и енергията на частиците се променят на молекулярно ниво. Посочено е дори съществуването на екстремни температури, които могат да доведат до пълно спиране на движението на субатомните частици, тъй като те остават в пълно отсъствие на енергия. Това е случаят с абсолютната нула, концепция, разработена от Келвин и чиито изследвания имат голямо научно значение.

Но... какво точно е абсолютната нула? В цялата тази статия ще го проверим.

• Свързана статия: "Дискалкулия: трудността при изучаване на математика"

Абсолютна нула: какво означава това понятие?

Ние наричаме абсолютна нула най-ниската температурна единица, считана за възможна, -273,15ºC

, ситуация, в която самите субатомни частици биха се озовали без никакъв вид енергия и не биха могли да извършват никакъв вид движение.

Това се дължи на факта, че фактът на намаляване на температурата на даден обект предполага изваждане на енергия от него, при което абсолютната нула би означавала пълното отсъствие на това.

Това е температура, която не се среща в природата и което за момента се приема за хипотетично (всъщност, според принципа на Нернст за непостижимост, за да се постигне това температура е невъзможна), въпреки че научните експерименти са успели да достигнат много подобни температури.

Предишното описание обаче е свързано с възприемането на тази концепция от гледна точка на класическата механика. Последвалите изследвания, които биха оставили класическата механика настрана, за да навлязат в квантовата механика, предполагат, че в действителност в това температура, все още ще съществува минимално количество енергия, което ще поддържа частиците в движение, така наречената енергия на нулева точка.

Въпреки че преди първите класически видения в това хипотетично състояние, материята трябва да се появи в твърдо състояние, тъй като няма движение или да изчезне, когато приравнявайки масата на енергията и последната напълно отсъстваща, квантовата механика предлага, че когато има енергия, други състояния на предмет.

Изследванията на Келвин

Името и концепцията за абсолютната нула идва от изследванията и теорията на Уилям Томсън, по-известен като лорд Келвин, който се зае да развие тази концепция за наблюдението на поведението на газовете и как те променят своя обем пропорционално на спада на температурата.

Въз основа на това този изследовател започва да изчислява при каква температура обемът на газа ще бъде нула, достигайки до заключението, че той ще съответства на гореспоменатата температура.

Въз основа на законите на термодинамиката, авторът създава своя собствена температурна скала, скалата на Келвин, поставяйки точката на произход при тази най-ниска възможна температура, абсолютната нула. Така температура от 0ºK съответства на абсолютната нула, -273,15ºC. част от създаването от споменатия автор на генерирана температурна скала от законите на термодинамиката на времето (през 1836 г.).

Има ли нещо отвъд?

Като се има предвид, че абсолютната нула е температура, при която не би имало движение на частици или само ще има остатъчна енергия от абсолютна нула, човек се чуди дали нещо може да съществува отвъд тази температура.

Въпреки че логиката може да ни накара да не мислим, изследвания, проведени от различни изследователи в Института Макс Планк те изглежда показват, че всъщност може да има още по-ниска температура и че тя ще съответства на отрицателни температури по скалата на Келвин (т.е. под абсолютната нула). Това е феномен, който може да възникне само на квантово ниво.

Това би се случило в случай на някои газове, които чрез използването на лазери и експерименти успяха да преминат от малко над абсолютната нула до отрицателни температури под нулата. Тези температури биха гарантирали, че въпросният газ, приготвен по такъв начин, че трябва да се свива при висока скорост, остава стабилизиран. В този смисъл тя е подобна на тъмната енергия, която според някои експерти не позволява на Вселената да се срине сама.

• Може да се интересувате от: "11 вида химични реакции"

За какво може да се използва?

Познаването на съществуването на абсолютната нула има последици не само на теоретично ниво, но дори и на практическо ниво. И то е, че при излагане на температури близки до абсолютната нула, много материали значително променят свойствата си.

Пример за това е фактът, че при тези температури субатомните частици се кондензират в един голям атом, наречен кондензат на Бозе-Айнщайн. По същия начин някои особено интересни свойства поради тяхното практическо приложение могат да бъдат намерени в свръхфлуидност или свръхпроводимост, която определени елементи могат да достигнат при тези условия топлинна.

Библиографски справки:

• Браун, С. et al. (2013). Атоми с отрицателна абсолютна температура - най-горещите системи в света. Наука, 4. Общество Макс Планк.
• Мерали, З. (2013). „Квантовият газ пада под абсолютната нула“. Природата. doi: 10.1038/nature.2013.12146.