Cos'è lo zero assoluto in termodinamica?

La temperatura dell'ambiente è ed è stata nel corso della storia un elemento molto determinante per la sopravvivenza del diverso esseri viventi, e qualcosa che ha segnato il futuro dell'evoluzione e nel caso degli esseri umani, il modo di intendere il mondo che ci circonda. circonda.

Infatti, gran parte della vita conosciuta può vivere solo entro limiti termici, e anche il moto e l'energia delle particelle sono alterati a livello molecolare. È stata persino stabilita l'esistenza di temperature estreme che possono far cessare completamente il movimento delle particelle subatomiche, che rimangono in totale assenza di energia. È il caso dello zero assoluto, un concetto sviluppato da Kelvin e la cui ricerca ha una grande rilevanza scientifica.

Ma... cos'è esattamente lo zero assoluto? In questo articolo lo verificheremo.

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Zero assoluto: a cosa si riferisce questo concetto?

Chiamiamo zero assoluto l'unità di temperatura più bassa considerata possibile, -273,15ºC

, situazione in cui le stesse particelle subatomiche si troverebbero prive di qualsiasi tipo di energia e non sarebbero in grado di compiere alcun tipo di movimento.

Ciò avviene per il fatto che il fatto di diminuire la temperatura di un oggetto implica sottrargli energia, con cui lo zero assoluto implicherebbe la totale assenza di questo.

Questa è una temperatura che non si trova in natura e che si assume per il momento ipotetico (infatti, secondo il principio di irraggiungibilità di Nernst per raggiungere questo la temperatura è impossibile), anche se la sperimentazione scientifica è riuscita a raggiungere temperature molto simili.

Tuttavia, la descrizione precedente è legata a una percezione di questo concetto dal punto di vista della meccanica classica. Successive indagini che lascerebbero da parte la meccanica classica per entrare nella meccanica quantistica lo propongono in realtà in questo temperatura, esisterebbe ancora una quantità minima di energia che manterrebbe le particelle in movimento, la cosiddetta energia di punto zero.

Sebbene prima delle prime visioni classiche in questo stato ipotetico, la materia dovrebbe apparire allo stato solido poiché non c'è movimento o scomparire quando equiparando la massa all'energia e quest'ultima totalmente assente, la meccanica quantistica propone che quando c'è energia, altri stati della soggetto.

Le indagini di Kelvin

Il nome e il concetto di zero assoluto derivano dalla ricerca e dalla teoria di William Thomson, meglio noto come Lord Kelvin, che si proponeva di sviluppare questo concetto di l'osservazione del comportamento dei gas e di come variano il loro volume proporzionale al calo di temperatura.

Sulla base di ciò, questo ricercatore iniziò a calcolare a quale temperatura il volume di un gas sarebbe stato nullo, giungendo alla conclusione che corrisponderebbe alla suddetta temperatura.

Sulla base delle leggi della termodinamica, l'autore ha creato la propria scala di temperatura, la scala Kelvin, ponendo il punto di origine a questa temperatura più bassa possibile, lo zero assoluto. Pertanto, una temperatura di 0ºK corrisponde allo zero assoluto, -273,15ºC. parte della creazione da parte di detto autore di una scala di temperatura generata dalle leggi della termodinamica del tempo (nel 1836).

C'è qualcosa oltre?

Tenendo presente che lo zero assoluto è una temperatura alla quale non ci sarebbe movimento di particelle o solo ci sarebbe un'energia residua pari allo zero assoluto, ci si chiede se possa esistere qualcosa oltre questa temperatura.

Sebbene la logica possa farci pensare di no, ricerca condotta da diversi ricercatori presso il Max Planck Institute sembrano indicare che in realtà potrebbe esserci una temperatura ancora più bassa, e che corrisponderebbe a temperature negative sulla scala Kelvin (cioè sotto lo zero assoluto). È un fenomeno che potrebbe verificarsi solo a livello quantico.

Ciò accadrebbe nel caso di alcuni gas, che attraverso l'uso dei laser e la sperimentazione sono riusciti a passare da un livello leggermente superiore allo zero assoluto a temperature negative inferiori allo zero. Queste temperature assicurerebbero che il gas in questione, preparato in modo tale da contrarsi ad alta velocità, rimanga stabilizzato. In questo senso è simile all'energia oscura, che secondo alcuni esperti impedisce all'universo di collassare su se stesso.

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Per cosa può essere utilizzato?

Conoscere l'esistenza dello zero assoluto ha ripercussioni non solo a livello teorico ma anche anche a livello pratico. Ed è che se esposto a temperature vicine allo zero assoluto, molti materiali cambiano notevolmente le loro proprietà.

Un esempio di ciò si trova nel fatto che a queste temperature le particelle subatomiche si condensano in un unico grande atomo chiamato condensato di Bose-Einstein. Allo stesso modo, alcune proprietà particolarmente interessanti per la loro applicazione pratica possono essere trovate nel superfluidità o superconduttività che certi elementi possono raggiungere in queste condizioni termico.

Riferimenti bibliografici:

• Braun, S. et al. (2013). Atomi a temperatura assoluta negativa: i sistemi più caldi del mondo. Scienza, 4. Società Max Plank.
• Merali, Z. (2013). "Quantum gas va sotto lo zero assoluto". Natura. doi: 10.1038/natura.2013.12146.