Što je apsolutna nula u termodinamici?

Temperatura okoliša jest i kroz povijest je bila vrlo odlučujući element za opstanak različitih živa bića i nešto što je obilježilo budućnost evolucije, au slučaju čovjeka način poimanja svijeta koji nas okružuje. okružuje.

Zapravo, veliki dio poznatog života može živjeti samo unutar toplinskih granica, a čak se i gibanje i energija čestica mijenjaju na molekularnoj razini. Čak je utvrđeno postojanje ekstremnih temperatura koje mogu uzrokovati potpuni prestanak kretanja subatomskih čestica, jer one ostaju u potpunom odsustvu energije. Ovo je slučaj apsolutne nule, koncept koji je razvio Kelvin a čija istraživanja imaju veliku znanstvenu relevantnost.

Ali... što je točno apsolutna nula? Kroz ovaj članak ćemo to provjeriti.

• Povezani članak: "Diskalkulija: poteškoće pri učenju matematike"

Apsolutna nula: na što se ovaj koncept odnosi?

Nazivamo apsolutnom nulom najniža moguća jedinica za temperaturu, -273,15ºC, situacija u kojoj bi se same subatomske čestice našle bez ikakve vrste energije i ne bi mogle izvršiti bilo kakvu vrstu kretanja.

To se događa zbog činjenice da činjenica smanjenja temperature objekta podrazumijeva oduzimanje energije od nje, pri čemu bi apsolutna nula implicirala potpunu odsutnost iste.

To je temperatura koja se ne nalazi u prirodi i koji se trenutno pretpostavlja hipotetski (zapravo, prema Nernstovu principu nedostižnosti da bi se to postiglo temperatura je nemoguća), iako su znanstvenim eksperimentima uspjeli postići vrlo slične temperature.

Međutim, prethodni opis povezan je s percepcijom ovog koncepta iz perspektive klasične mehanike. Naknadna istraživanja koja bi klasičnu mehaniku ostavila po strani da bi ušla u kvantnu mehaniku sugeriraju da je u stvarnosti u ovom temperature, još uvijek bi postojala minimalna količina energije koja bi održavala čestice u kretanju, tzv. energija nulta točka.

Iako se prije prvih klasičnih vizija u ovom hipotetskom stanju, materija trebala pojaviti u čvrstom stanju budući da nema kretanja ili nestati kada izjednačavajući masu s energijom, a potonja je potpuno odsutna, kvantna mehanika predlaže da kada postoji energija, druga stanja subjekt.

Kelvinova istraživanja

Naziv i koncept apsolutne nule potječe iz istraživanja i teorije Williama Thomsona, poznatijeg kao Lord Kelvin, koji je krenuo razvijati ovaj koncept promatranje ponašanja plinova i kako oni mijenjaju svoj volumen proporcionalno padu temperature.

Na temelju toga ovaj je istraživač počeo računati na kojoj bi temperaturi volumen plina bio nula, došavši do zaključka da bi odgovarao spomenutoj temperaturi.

Na temelju zakona termodinamike autor je izradio vlastitu temperaturnu ljestvicu, Kelvinovu ljestvicu, postavljajući početnu točku na tu najnižu moguću temperaturu, apsolutnu nulu. Dakle, temperatura od 0ºK odgovara apsolutnoj nuli, -273,15ºC. dio kreacije spomenutog autora generirane temperaturne ljestvice iz zakona termodinamike tog vremena (godine 1836.).

Postoji li nešto izvan toga?

Imajući u vidu da je apsolutna nula temperatura pri kojoj ne bi bilo kretanja čestica ili samo postojala bi zaostala energija apsolutne nule, pitamo se može li nešto postojati izvan te temperature.

Iako nas logika može natjerati da ne mislimo, istraživanje koje su proveli različiti istraživači na Institutu Max Planck čini se da ukazuju na to da bi zapravo mogla postojati još niža temperatura, i da bi ona odgovarala negativnim temperaturama na Kelvinovoj ljestvici (tj. ispod apsolutne nule). To je fenomen koji bi se mogao dogoditi samo na kvantnoj razini.

To bi se dogodilo u slučaju nekih plinova, koji su korištenjem lasera i eksperimentiranja uspjeli prijeći s temperatura nešto iznad apsolutne nule na negativne temperature ispod nule. Ove temperature bi osigurale da dotični plin, pripremljen na takav način da se skuplja velikom brzinom, ostane stabiliziran. U tom je smislu sličan tamnoj energiji, koja prema nekim stručnjacima sprječava da se svemir uruši sam u sebe.

• Možda će vas zanimati: "11 tipova kemijskih reakcija"

Za što se može koristiti?

Saznanje o postojanju apsolutne nule ima posljedice ne samo na teoretskoj razini, već čak i na praktičnoj razini. A to je da kada je izložen temperaturama blizu apsolutne nule, mnogi materijali jako mijenjaju svoja svojstva.

Primjer za to nalazi se u činjenici da se na tim temperaturama subatomske čestice kondenziraju u jedan veliki atom koji se naziva Bose-Einsteinov kondenzat. Isto tako, neka posebno zanimljiva svojstva zbog svoje praktične primjene mogu se pronaći u superfluidnost ili supravodljivost koju pojedini elementi mogu doseći u tim uvjetima toplinski.

Bibliografske reference:

• Braun, S. et al. (2013). Atomi na negativnoj apsolutnoj temperaturi - najtopliji sustavi na svijetu. Znanost, 4. Max Planck društvo.
• Merali, Z. (2013). "Kvantni plin ide ispod apsolutne nule". Priroda. doi: 10.1038/priroda.2013.12146.