Что такое абсолютный нуль в термодинамике?

Температура окружающей среды есть и была на протяжении всей истории очень определяющим элементом для выживания различных видов. живых существ и то, что обозначило будущее эволюции, а в случае человека — способ понимания окружающего нас мира. окружает.

На самом деле большая часть известной жизни может существовать только в пределах температурных ограничений, и даже движение и энергия частиц изменяются на молекулярном уровне. Было даже оговорено существование экстремальных температур, которые могут привести к полному прекращению движения субатомных частиц, так как они остаются в полном отсутствии энергии. Это случай абсолютного нуля, концепции, разработанной Кельвином. и чьи исследования имеют большое научное значение.

Но... что такое абсолютный ноль? В этой статье мы собираемся проверить это.

• Статья по теме: "Дискалькулия: трудности при изучении математики"

Абсолютный ноль: к чему относится это понятие?

Мы называем абсолютным нулем самая низкая единица измерения температуры, которая считается возможной, -273,15ºC

, ситуация, в которой сами субатомные частицы оказались бы без какой-либо энергии и не могли бы совершать никакого движения.

Это происходит из-за того, что факт понижения температуры объекта предполагает вычитание из него энергии, при чем абсолютный нуль означал бы полное отсутствие оной.

Это температура, которой нет в природе. и которое предполагается на данный момент гипотетическим (фактически, в соответствии с принципом недостижимости Нернста для достижения этого температура невозможна), хотя научным экспериментам удалось достичь очень похожих температур.

Однако предыдущее описание связано с восприятием этого понятия с точки зрения классической механики. Последующие исследования, которые оставили бы классическую механику в стороне, чтобы перейти к квантовой механике, предполагают, что в действительности в этом температуры, все же существовало бы минимальное количество энергии, которое удерживало бы частицы в движении, так называемая энергия нулевая точка.

Хотя до первых классических видений в этом гипотетическом состоянии материя должна была появиться в твердом состоянии, так как нет движения или исчезнуть при приравнивая массу к энергии, а последняя полностью отсутствует, квантовая механика предполагает, что, когда есть энергия, другие состояния предмет.

Исследования Кельвина

Название и концепция абсолютного нуля происходят из исследований и теории Уильяма Томсона, более известного как лорд Кельвин, который намеревался разработать эту концепцию абсолютного нуля. наблюдение за поведением газов и за тем, как они изменяют свой объем пропорционально падению температуры.

Исходя из этого, этот исследователь стал вычислять, при какой температуре объем газа будет равен нулю, и пришел к выводу, что она будет соответствовать указанной выше температуре.

Основываясь на законах термодинамики, автор создал собственную температурную шкалу — шкалу Кельвина, поместив точку отсчета в эту самую низкую возможную температуру, абсолютный ноль. Таким образом, температура 0°К соответствует абсолютному нулю, -273,15°С. часть создания указанным автором температурной шкалы, сгенерированной из законов термодинамики того времени (в 1836 г.).

Есть ли что-то за пределами?

Имея в виду, что абсолютный ноль — это температура, при которой не было бы движения частиц или только была бы остаточная энергия абсолютного нуля, интересно, может ли что-то существовать за пределами этой температуры.

Хотя логика может заставить нас думать, что нет, исследования, проведенные разными исследователями в Институте Макса Планка они, по-видимому, указывают на то, что на самом деле может быть еще более низкая температура, и что она будет соответствовать отрицательным температурам по шкале Кельвина (т. е. ниже абсолютного нуля). Это явление могло произойти только на квантовом уровне.

Это произошло бы в случае с некоторыми газами, которые с помощью лазеров и экспериментов сумели перейти от температуры несколько выше абсолютного нуля к отрицательной температуре ниже нуля. Эти температуры гарантировали бы, что рассматриваемый газ, приготовленный таким образом, что он должен сжиматься с высокой скоростью, останется стабилизированным. В этом смысле она похожа на темную энергию, которая, по мнению некоторых экспертов, предотвращает коллапс Вселенной.

• Вам может быть интересно: "11 типов химических реакций"

Для чего это можно использовать?

Знание о существовании абсолютного нуля имеет последствия не только на теоретическом уровне, но и даже на практическом уровне. И заключается в том, что при воздействии температур, близких к абсолютному нулю, многие материалы сильно меняют свои свойства.

Примером этого является тот факт, что при этих температурах субатомные частицы конденсируются в один большой атом, называемый конденсатом Бозе-Эйнштейна. Точно так же некоторые особенно интересные свойства из-за их практического применения можно найти в сверхтекучесть или сверхпроводимость, которой некоторые элементы могут достичь в этих условиях термальный.

Библиографические ссылки:

• Браун, С. и другие. (2013). Атомы при отрицательной абсолютной температуре — самые горячие системы в мире. наук, 4. Общество Макса Планка.
• Мерали, З. (2013). «Квантовый газ опускается ниже абсолютного нуля». Природа. doi: 10.1038/природа.2013.12146.