熱力学における絶対零度とは何ですか?
環境の温度は、歴史を通して、さまざまな生物の生存を決定する非常に重要な要素であり続けてきました。 生物、そして進化の未来、そして人間の場合、私たちを取り巻く世界を理解する方法を特徴付ける何か. 囲みます。
実際、既知の生命の多くは熱の限界内でしか生きられず、粒子の運動とエネルギーでさえ分子レベルで変化しています。 極端な温度の存在は、亜原子粒子の動きを完全に停止させる可能性さえあるとさえ規定されています。 これは、ケルビンによって開発された概念である絶対零度の場合です。 その研究は科学的に非常に関連性があります。
しかし... 絶対零度とは正確には何ですか？ この記事全体を通して、それを確認します。
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絶対零度：この概念は何を指していますか?
私たちは絶対零度と呼んでいます 可能な限り低い温度単位 -273.15ºC、亜原子粒子自体がいかなる種類のエネルギーも持たず、いかなる種類の運動も実行できない状況。
これは、物体の温度を下げるという事実は、物体からエネルギーを差し引くことを意味し、絶対ゼロはこれが完全に存在しないことを意味するという事実により発生します。
これは自然界では見られない温度です そして、これは当分の間仮説的であると仮定されます（実際、これを達成するためのネルンストの到達不可能性原則によると 温度は不可能です)、科学的実験は非常に類似した温度に到達することができましたが.
ただし、前述の説明は、この概念の認識に関連しています。 古典力学の観点から. 量子力学に入るために古典力学を脇に置いたその後の調査は、実際にはこの 粒子の運動を維持する最小量のエネルギー、いわゆる ゼロポイント。
この仮説的な状態の最初の古典的なビジョンの前に、物質は動きがないため固体状態で表示されるか、または消えると消えます。 質量をエネルギーと同一視し、後者がまったく存在しない場合、量子力学は、エネルギーがある場合、エネルギーの他の状態を提案します。 主題。
ケルビンの調査
絶対零度の名前と概念は、この概念の開発に着手したケルビン卿としてよく知られているウィリアム・トムソンの研究と理論に由来しています。 ガスの挙動とその体積の変化の観察 温度の低下に比例します。
これに基づいて、この研究者は、気体の体積がゼロになる温度を計算し始め、それが前述の温度に対応するという結論に達しました。
熱力学の法則に基づいて、著者は独自の温度スケールであるケルビン スケールを作成し、原点をこの可能な限り低い温度である絶対零度に置きました。 したがって、0ºK の温度は絶対零度、-273.15ºC に対応します。 生成された温度スケールの著者による作成の一部 当時の熱力学の法則から （1836年）。
超えるものはありますか？
絶対零度は、粒子の動きがない、または動きがない温度であることを念頭に置いてください。 絶対零度の残留エネルギーが存在するので、この温度を超えて何かが存在できるのではないかと考えています。
論理的に考えるとそう思わないかもしれませんが、 マックス・プランク研究所のさまざまな研究者によって行われた研究 実際にはさらに低い温度が存在する可能性があり、それはケルビン スケールの負の温度 (つまり、絶対零度未満) に対応することを示しているようです。 量子レベルでしか起こりえない現象です。
これは、レーザーの使用と実験によって、絶対零度よりもやや高い温度から零下の負の温度まで上昇することに成功した一部のガスの場合に発生します。 これらの温度は、高速で収縮するように準備された問題のガスが安定したままであることを保証します。 この意味で、それは暗黒エネルギーに似ており、一部の専門家によると、宇宙が崩壊するのを防いでいます。
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何に使用できますか？
絶対零度の存在を知ることは、理論的なレベルだけでなく、実用的なレベルでも影響を及ぼします。 そして、絶対零度に近い温度にさらされると、 多くの材料は、その特性を大幅に変更します.
この例は、これらの温度で素粒子が凝縮してボース・アインシュタイン凝縮と呼ばれる単一の大きな原子になるという事実に見られます。 同様に、実用的なアプリケーションのためにいくつかの特に興味深い特性を見つけることができます これらの条件下で特定の元素が到達できる超流動性または超伝導性 熱の。
参考文献:
- ブラウン、S. ら。 (2013). 負の絶対温度の原子 - 世界で最も高温のシステム。 科学、4。 マックス・プランク協会。
- メラリ、Z. (2013). 「量子ガスは絶対零度を下回る」。 自然。 ドイ: 10.1038/nature.2013.12146.