Wat is het absolute nulpunt in de thermodynamica?

De temperatuur van de omgeving is en is door de geschiedenis heen een zeer bepalend element geweest voor het voortbestaan ​​van de verschillende levende wezens, en iets dat de toekomst van evolutie heeft gemarkeerd en, in het geval van mensen, de manier om de wereld om ons heen te begrijpen. omringt.

In feite kan veel van het bekende leven alleen binnen thermische grenzen leven, en zelfs de beweging en energie van deeltjes wordt op moleculair niveau veranderd. Er is zelfs vastgesteld dat er extreme temperaturen bestaan ​​die ervoor kunnen zorgen dat de beweging van subatomaire deeltjes volledig stopt, omdat ze in een totale afwezigheid van energie blijven. Dit is het geval van het absolute nulpunt, een concept ontwikkeld door Kelvin en wiens onderzoek grote wetenschappelijke relevantie heeft.

Maar... wat is het absolute nulpunt precies? In dit artikel gaan we het controleren.

• Gerelateerd artikel: "Dyscalculie: de moeilijkheid bij het leren van wiskunde"

Absolute nul: waar verwijst dit concept naar?

We noemen het absolute nulpunt de laagst mogelijke temperatuureenheid, -273,15ºC, een situatie waarin de subatomaire deeltjes zelf geen enkele vorm van energie zouden hebben en geen enkele vorm van beweging zouden kunnen uitvoeren.

Dit gebeurt vanwege het feit dat het feit dat het verlagen van de temperatuur van een object inhoudt dat er energie van wordt afgetrokken, waarmee het absolute nulpunt de totale afwezigheid hiervan zou impliceren.

Dit is een temperatuur die niet in de natuur voorkomt en die voorlopig hypothetisch wordt aangenomen (in feite, volgens het Nernst-onbereikbaarheidsprincipe om dit te bereiken temperatuur is onmogelijk), hoewel wetenschappelijke experimenten erin zijn geslaagd zeer vergelijkbare temperaturen te bereiken.

De voorgaande beschrijving is echter gekoppeld aan een perceptie van dit concept vanuit het perspectief van de klassieke mechanica. Latere onderzoeken die de klassieke mechanica buiten beschouwing zouden laten om de kwantummechanica binnen te gaan, suggereren dat dit in werkelijkheid hierin is temperatuur, zou er nog steeds een minimale hoeveelheid energie bestaan ​​die de deeltjes in beweging zou houden, de zogenaamde energie van nulpunt.

Hoewel vóór de eerste klassieke visioenen in deze hypothetische toestand, materie in een vaste toestand zou moeten verschijnen, aangezien er geen beweging is of verdwijnt wanneer door massa gelijk te stellen aan energie en waarbij laatstgenoemde totaal afwezig is, stelt de kwantummechanica dat wanneer er energie is, andere toestanden van de onderwerp.

Kelvins onderzoeken

De naam en het concept van het absolute nulpunt is afkomstig van het onderzoek en de theorie van William Thomson, beter bekend als Lord Kelvin, die dit concept van de observatie van het gedrag van gassen en hoe ze hun volume variëren evenredig met de temperatuurdaling.

Op basis hiervan begon deze onderzoeker te berekenen bij welke temperatuur het volume van een gas nul zou zijn, en kwam tot de conclusie dat dit zou overeenkomen met de bovengenoemde temperatuur.

Op basis van de wetten van de thermodynamica creëerde de auteur zijn eigen temperatuurschaal, de Kelvin-schaal, waarbij hij het beginpunt op deze laagst mogelijke temperatuur, het absolute nulpunt, plaatste. Een temperatuur van 0ºK komt dus overeen met het absolute nulpunt, -273,15ºC. onderdeel van de creatie door genoemde auteur van een gegenereerde temperatuurschaal uit de wetten van de thermodynamica van die tijd (in 1836).

Is er iets verder?

In gedachten houdend dat het absolute nulpunt een temperatuur is waarbij er geen beweging van deeltjes zou zijn of alleen er zou een restenergie van het absolute nulpunt zijn, men vraagt ​​zich af of er iets zou kunnen bestaan ​​buiten deze temperatuur.

Hoewel logica ons kan doen denken van niet, onderzoek uitgevoerd door verschillende onderzoekers van het Max Planck Instituut ze lijken erop te wijzen dat er in feite een nog lagere temperatuur zou kunnen zijn, en dat dit zou overeenkomen met negatieve temperaturen op de Kelvin-schaal (dwz onder het absolute nulpunt). Het is een fenomeen dat alleen op kwantumniveau kan voorkomen.

Dit zou gebeuren in het geval van sommige gassen, die door het gebruik van lasers en experimenten erin slaagden om van iets boven het absolute nulpunt naar negatieve temperaturen onder nul te gaan. Deze temperaturen zouden ervoor zorgen dat het betreffende gas, zo geprepareerd dat het met hoge snelheid zou moeten samentrekken, gestabiliseerd blijft. In die zin is het vergelijkbaar met donkere energie, die volgens sommige experts voorkomt dat het universum in elkaar stort.

• Misschien ben je geïnteresseerd in: "De 11 soorten chemische reacties"

Waar kan het voor gebruikt worden?

Het kennen van het bestaan ​​van het absolute nulpunt heeft niet alleen gevolgen op theoretisch niveau, maar zelfs op praktisch niveau. En het is dat bij blootstelling aan temperaturen dicht bij het absolute nulpunt, veel materialen veranderen hun eigenschappen sterk.

Een voorbeeld hiervan is te vinden in het feit dat bij deze temperaturen subatomaire deeltjes condenseren tot een enkel groot atoom, het Bose-Einstein-condensaat. Evenzo zijn enkele bijzonder interessante eigenschappen vanwege hun praktische toepassing te vinden in de superfluïditeit of supergeleiding die bepaalde elementen onder deze omstandigheden kunnen bereiken thermisch.

Bibliografische referenties:

• Braun, S. et al. (2013). Atomen bij negatieve absolute temperatuur - de heetste systemen ter wereld. Wetenschap, 4. Max Planck-Genootschap.
• Merali, Z. (2013). "Kwantumgas gaat onder het absolute nulpunt". Natuur. doi: 10.1038/natuur.2013.12146.