Mis on termodünaamikas absoluutne null?

Keskkonna temperatuur on ja on olnud läbi ajaloo väga määrav element erinevate ellujäämisel elusolendid ja midagi, mis on tähistanud evolutsiooni tulevikku ja inimeste puhul viisi, kuidas mõista meid ümbritsevat maailma. ümbritseb.

Tegelikult saab suur osa teadaolevast elust elada ainult termilistes piirides ning isegi osakeste liikumine ja energia muutuvad molekulaarsel tasandil. On isegi ette nähtud äärmuslike temperatuuride olemasolu, mis võivad põhjustada subatomaarsete osakeste liikumise täieliku lakkamise, kuna need jäävad täieliku energia puudumise tõttu. See on absoluutse nulli, Kelvini välja töötatud kontseptsiooni juhtum ja kelle uurimistööl on suur teaduslik tähtsus.

Aga... mis täpselt on absoluutne null? Kogu selle artikli jooksul kontrollime seda.

• Seotud artikkel: "Düskalkuulia: raskused matemaatika õppimisel"

Absoluutne null: millele see mõiste viitab?

Me nimetame absoluutseks nulliks madalaim võimalikuks peetav temperatuuriühik -273,15ºC, olukord, kus subatomaarsed osakesed ise satuksid ilma igasuguse energiata ega suudaks sooritada ühtegi tüüpi liikumist.

See tuleneb asjaolust, et objekti temperatuuri alandamise fakt eeldab sellest energia lahutamist, mille puhul absoluutne null tähendaks selle täielikku puudumist.

See on temperatuur, mida looduses ei leidu ja mida peetakse hetkel hüpoteetiliseks (tegelikult vastavalt Nernsti saavutamatuse printsiibile selle saavutamiseks temperatuur on võimatu), kuigi teaduslikud katsed on suutnud saavutada väga sarnaseid temperatuure.

Eelnev kirjeldus on aga seotud selle kontseptsiooni tajumisega klassikalise mehaanika vaatenurgast. Hilisemad uuringud, mis jätaksid klassikalise mehaanika kvantmehaanikasse sisenemiseks kõrvale, näitavad, et tegelikult temperatuuri juures oleks siiski olemas minimaalne energiahulk, mis hoiaks osakesi liikumises, nn. null punkt.

Kuigi enne esimesi klassikalisi nägemusi selles hüpoteetilises olekus peaks aine ilmuma tahkes olekus, kuna seal ei toimu liikumist või kaduma, kui võrdsustades massi energiaga ja kuna viimane puudub täielikult, teeb kvantmehaanika ettepaneku, et kui energia on olemas, siis teised teema.

Kelvini uurimised

Absoluutse nulli nimi ja mõiste pärineb William Thomsoni, paremini tuntud kui Lord Kelvin, uurimistööst ja teooriast, kes asus seda kontseptsiooni välja töötama. gaaside käitumise ja nende ruumala muutmise jälgimine proportsionaalselt temperatuuri langusega.

Selle põhjal hakkas see teadlane arvutama, millisel temperatuuril oleks gaasi maht null, jõudes järeldusele, et see vastab eelnimetatud temperatuurile.

Lähtudes termodünaamika seadustest lõi autor oma temperatuuriskaala, Kelvini skaala, asetades lähtepunkti sellele võimalikult madalale temperatuurile, absoluutsele nullile. Seega vastab temperatuur 0ºK absoluutsele nullile –273,15ºC. osa nimetatud autori poolt loodud temperatuuriskaala loomisest tolleaegsetest termodünaamika seadustest (aastal 1836).

Kas on midagi peale?

Pidades meeles, et absoluutne null on temperatuur, mille juures ei toimuks osakeste liikumist või toimuks ainult osakeste liikumine oleks absoluutse nulliga jääkenergia, tekib küsimus, kas midagi võiks eksisteerida väljaspool seda temperatuuri.

Kuigi loogika võib panna meid mõtlema mitte, Max Plancki Instituudi erinevate teadlaste poolt läbi viidud uuringud need näivad viitavat sellele, et tegelikult võib temperatuur olla veelgi madalam ja see vastaks Kelvini skaala negatiivsetele temperatuuridele (st alla absoluutse nulli). See on nähtus, mis saab toimuda ainult kvanttasandil.

See juhtuks mõnede gaaside puhul, mis laserite kasutamise ja katsetamise abil suutsid minna absoluutsest nullist mõnevõrra kõrgemal temperatuuril alla nulli. Need temperatuurid tagaksid, et kõnealune gaas, mis on valmistatud nii, et see peaks suurel kiirusel kokku tõmbuma, püsib stabiilsena. Selles mõttes sarnaneb see tumeenergiaga, mis mõnede ekspertide sõnul takistab universumil endasse kokku varisemast.

• Teid võivad huvitada: "11 tüüpi keemilisi reaktsioone"

Milleks seda kasutada saab?

Absoluutse nulli olemasolu teadmine avaldab mõju mitte ainult teoreetilisel, vaid ka praktilisel tasandil. Ja see on see, et absoluutse nulli lähedase temperatuuriga kokkupuutel paljud materjalid muudavad oluliselt oma omadusi.

Selle näide on fakt, et nendel temperatuuridel kondenseeruvad subatomaarsed osakesed üheks suureks aatomiks, mida nimetatakse Bose-Einsteini kondensaadiks. Samuti leiate mõned eriti huvitavad omadused nende praktilise kasutamise tõttu ülivoolavus või ülijuhtivus, mille teatud elemendid sellistes tingimustes võivad saavutada soojus.

Bibliograafilised viited:

• Braun, S. et al. (2013). Negatiivse absoluuttemperatuuriga aatomid – maailma kuumimad süsteemid. Teadus, 4. Max Plancki selts.
• Merali, Z. (2013). "Kvantgaas langeb alla absoluutse nulli". Loodus. doi: 10.1038/loodus.2013.12146.