Mi az abszolút nulla a termodinamikában?

A környezet hőmérséklete a történelem során nagyon meghatározó eleme volt a különböző túlélésnek élőlények, és valami, ami az evolúció jövőjét jelölte meg, és az emberek esetében a minket körülvevő világ megértésének módját. körülveszi.

Valójában az ismert élet nagy része csak termikus határokon belül élhet, és még a részecskék mozgása és energiája is megváltozik molekuláris szinten. Még az extrém hőmérsékletek létezését is előírják, amelyek a szubatomi részecskék mozgásának teljes leállását okozhatják, mivel teljes energiahiányban maradnak. Ez az abszolút nulla esete, a Kelvin által kidolgozott koncepció és amelynek kutatása nagy tudományos relevanciával bír.

De... mi az abszolút nulla pontosan? Ebben a cikkben ezt fogjuk ellenőrizni.

• Kapcsolódó cikk: "Diszkalkulia: a matematika tanulásának nehézségei"

Abszolút nulla: mire utal ez a fogalom?

Abszolút nullának nevezzük a lehetséges legalacsonyabb hőmérsékleti egység, -273,15ºC, olyan helyzet, amelyben maguk a szubatomi részecskék mindenféle energia nélkül találnák magukat, és nem tudnának semmilyen mozgást végrehajtani.

Ez annak a ténynek köszönhető, hogy egy tárgy hőmérsékletének csökkentésének ténye azt jelenti, hogy le kell vonni belőle az energiát, amivel az abszolút nulla ennek teljes hiányát jelentené.

Ez a hőmérséklet nem található meg a természetben és amely pillanatnyilag hipotetikusnak tekinthető (valójában a Nernst elérhetetlenségi elvének megfelelően ennek eléréséhez hőmérséklet lehetetlen), bár tudományos kísérletekkel sikerült nagyon hasonló hőmérsékletet elérni.

Az előző leírás azonban ennek a fogalomnak a felfogásához kapcsolódik a klasszikus mechanika szemszögéből. A későbbi vizsgálatok, amelyek a klasszikus mechanikát elhagynák, hogy belépjenek a kvantummechanikába, azt sugallják, hogy a valóságban hőmérsékleten még mindig létezne egy minimális energiamennyiség, amely mozgásban tartja a részecskéket, az ún. nulla pont.

Bár az első klasszikus látomások előtt ebben a hipotetikus állapotban az anyagnak szilárd állapotban kell megjelennie, mivel nincs mozgás, vagy eltűnik, amikor a tömeget az energiával egyenlővé téve, és az utóbbi teljesen hiányzik, a kvantummechanika azt javasolja, hogy amikor van energia, a tantárgy.

Kelvin nyomozásai

Az abszolút nulla elnevezése és fogalma William Thomson, ismertebb nevén Lord Kelvin kutatásából és elméletéből származik, aki ennek a koncepciónak a kidolgozását tűzte ki célul. a gázok viselkedésének megfigyelése és térfogatuk változása a hőmérséklet csökkenésével arányosan.

Ez alapján a kutató elkezdte számolni, hogy egy gáz térfogata milyen hőmérsékleten lesz nulla, és arra a következtetésre jutott, hogy az megfelelne az előbb említett hőmérsékletnek.

A szerző a termodinamika törvényei alapján megalkotta saját hőmérsékleti skáláját, a Kelvin-skálát, a kiindulási pontot erre a lehető legalacsonyabb hőmérsékletre, az abszolút nullára helyezve. Így a 0°K hőmérséklet abszolút nullának, -273,15°C-nak felel meg. része az említett szerző által létrehozott hőmérsékleti skála létrehozásának az akkori termodinamika törvényeiből (1836-ban).

Van valami azon túl?

Figyelembe véve, hogy az abszolút nulla olyan hőmérséklet, amelyen nem vagy csak a részecskék mozognak abszolút nulla maradék energiája lenne, vajon létezhet-e valami ezen a hőmérsékleten túl.

Bár a logika azt gondolhatja, hogy nem, a Max Planck Intézet különböző kutatói által végzett kutatások úgy tűnik, hogy azt jelzik, hogy valójában lehet még alacsonyabb hőmérséklet, és ez a Kelvin-skála negatív hőmérsékleteinek felel meg (azaz abszolút nulla alatt). Ez egy olyan jelenség, amely csak kvantum szinten fordulhat elő.

Ez egyes gázok esetében fordulna elő, amelyek lézerek használatával és kísérletezéssel valamennyivel abszolút nulla feletti hőmérsékletről negatív nulla alatti hőmérsékletre sikerültek. Ezek a hőmérsékletek biztosítanák, hogy a szóban forgó gáz úgy előkészítve, hogy nagy sebességgel összehúzódjon, stabil maradjon. Ebben az értelemben hasonló a sötét energiához, amely egyes szakértők szerint megakadályozza, hogy az univerzum magába omoljon.

• Érdekelheti: "A kémiai reakciók 11 fajtája"

Mire használható?

Az abszolút nulla létezésének ismerete nemcsak elméleti, hanem még gyakorlati szinten is visszahat. És ez az, hogy amikor az abszolút nullához közeli hőmérsékletnek van kitéve, sok anyag nagymértékben megváltoztatja tulajdonságait.

Példa erre az a tény, hogy ezeken a hőmérsékleteken a szubatomi részecskék egyetlen nagy atommá kondenzálódnak, amelyet Bose-Einstein kondenzátumnak neveznek. Hasonlóképpen, a gyakorlati alkalmazásuk miatt különösen érdekes tulajdonságok találhatók a szuperfolyékonyság vagy szupravezetés, amelyet bizonyos elemek ilyen körülmények között elérhetnek termikus.

Bibliográfiai hivatkozások:

• Braun, S. et al. (2013). Negatív abszolút hőmérsékletű atomok – a világ legforróbb rendszerei. Tudomány, 4. Max Planck Társaság.
• Merali, Z. (2013). "A kvantumgáz az abszolút nulla alá megy". Természet. doi: 10.1038/természet.2013.12146.