Apa itu nol mutlak dalam termodinamika?

Suhu lingkungan telah dan telah sepanjang sejarah menjadi unsur yang sangat menentukan bagi kelangsungan hidup berbagai makhluk hidup makhluk hidup, dan sesuatu yang menandai masa depan evolusi dan dalam kasus manusia, cara memahami dunia yang mengelilingi kita. mengelilingi.

Nyatanya, sebagian besar kehidupan yang diketahui hanya dapat hidup dalam batas termal, dan bahkan gerak dan energi partikel diubah pada tingkat molekuler. Adanya suhu ekstrim bahkan telah ditetapkan yang dapat menyebabkan pergerakan partikel subatomik berhenti sama sekali, karena mereka tetap berada dalam ketiadaan energi sama sekali. Ini adalah kasus nol mutlak, sebuah konsep yang dikembangkan oleh Kelvin dan yang penelitiannya memiliki relevansi ilmiah yang besar.

Tetapi... apa sebenarnya nol mutlak itu? Sepanjang artikel ini kita akan memeriksanya.

• Artikel terkait: "Diskalkulia: kesulitan saat belajar matematika"

Nol mutlak: mengacu pada apa konsep ini?

Kami menyebutnya nol mutlak satuan suhu terendah yang dianggap memungkinkan, -273,15ºC

, sebuah situasi di mana partikel-partikel subatom itu sendiri akan menemukan diri mereka sendiri tanpa jenis energi apa pun dan tidak akan dapat melakukan jenis gerakan apa pun.

Hal ini terjadi karena fakta bahwa penurunan suhu suatu benda menyiratkan pengurangan energi darinya, yang dengannya nol mutlak berarti tidak adanya sama sekali.

Ini adalah suhu yang tidak ditemukan di alam dan yang diasumsikan untuk saat ini hipotetis (sebenarnya, menurut prinsip ketidaktercapaian Nernst untuk mencapai ini suhu tidak mungkin), meskipun eksperimen ilmiah telah berhasil mencapai suhu yang sangat mirip.

Namun, uraian sebelumnya dikaitkan dengan persepsi tentang konsep ini dari sudut pandang mekanika klasik. Investigasi selanjutnya yang mengesampingkan mekanika klasik untuk memasuki mekanika kuantum mengusulkan bahwa pada kenyataannya dalam hal ini suhu, masih akan ada jumlah minimum energi yang akan membuat partikel tetap bergerak, yang disebut energi titik nol.

Meskipun sebelum penglihatan klasik pertama dalam keadaan hipotetis ini, materi seharusnya muncul dalam keadaan padat karena tidak ada gerakan atau menghilang ketika menyamakan massa dengan energi dan yang terakhir sama sekali tidak ada, mekanika kuantum mengusulkan bahwa ketika ada energi, keadaan lain dari subjek.

penyelidikan Kelvin

Nama dan konsep nol mutlak berasal dari penelitian dan teori William Thomson, yang lebih dikenal dengan Lord Kelvin, yang mengembangkan konsep ini. pengamatan perilaku gas dan bagaimana mereka memvariasikan volumenya sebanding dengan penurunan suhu.

Berdasarkan hal tersebut, peneliti ini mulai menghitung pada suhu berapa volume suatu gas akan menjadi nol, sampai pada kesimpulan bahwa gas tersebut sesuai dengan suhu yang disebutkan di atas.

Berdasarkan hukum termodinamika, penulis menciptakan skala suhunya sendiri, skala Kelvin, menempatkan titik asal pada suhu serendah mungkin, nol mutlak. Jadi, suhu 0ºK sesuai dengan nol mutlak, -273,15ºC. bagian dari ciptaan oleh penulis tersebut dari skala suhu yang dihasilkan dari hukum termodinamika saat itu (tahun 1836).

Apakah ada sesuatu di luar?

Mengingat bahwa nol mutlak adalah suhu di mana tidak akan ada atau hanya partikel yang bergerak akan ada energi sisa nol mutlak, orang bertanya-tanya apakah ada sesuatu yang bisa ada di luar suhu ini.

Meskipun logika mungkin membuat kita berpikir tidak, penelitian yang dilakukan oleh peneliti yang berbeda di Institut Max Planck mereka tampaknya menunjukkan bahwa sebenarnya mungkin ada suhu yang lebih rendah, dan itu akan sesuai dengan suhu negatif pada skala Kelvin (yaitu di bawah nol mutlak). Ini adalah fenomena yang hanya bisa terjadi pada tingkat kuantum.

Ini akan terjadi dalam kasus beberapa gas, yang melalui penggunaan laser dan eksperimen berhasil berubah dari sedikit di atas nol mutlak menjadi suhu negatif di bawah nol. Temperatur ini akan memastikan bahwa gas tersebut, disiapkan sedemikian rupa sehingga harus berkontraksi dengan kecepatan tinggi, tetap stabil. Dalam pengertian ini mirip dengan energi gelap, yang menurut beberapa ahli mencegah alam semesta runtuh dengan sendirinya.

• Anda mungkin tertarik pada: "11 jenis reaksi kimia"

Apa yang bisa digunakan untuk itu?

Mengetahui keberadaan nol mutlak berdampak tidak hanya pada tataran teoretis, tetapi juga pada tataran praktis. Dan ketika terkena suhu mendekati nol mutlak, banyak bahan sangat mengubah sifatnya.

Contoh dari hal ini ditemukan dalam fakta bahwa pada suhu ini partikel subatomik mengembun menjadi satu atom besar yang disebut kondensat Bose-Einstein. Demikian pula, beberapa properti yang sangat menarik karena aplikasi praktisnya dapat ditemukan di superfluiditas atau superkonduktivitas yang dapat dicapai oleh elemen tertentu dalam kondisi ini panas.

Referensi bibliografi:

• Braun, S. et al. (2013). Atom pada suhu absolut negatif- sistem terpanas di dunia. Sains, 4. Masyarakat Max Planck.
• Merali, Z. (2013). "Gas kuantum berada di bawah nol mutlak". Alam. doi: 10.1038/nature.2013.12146.