Čo je absolútna nula v termodynamike?

Teplota prostredia je a bola počas histórie veľmi určujúcim prvkom pre prežitie rôznych živé bytosti a niečo, čo poznačilo budúcnosť evolúcie a v prípade ľudí aj spôsob chápania sveta, ktorý nás obklopuje. obklopuje.

V skutočnosti môže veľká časť známeho života žiť iba v tepelných hraniciach a dokonca aj pohyb a energia častíc sa mení na molekulárnej úrovni. Dokonca bola stanovená existencia extrémnych teplôt, ktoré môžu spôsobiť úplné zastavenie pohybu subatomárnych častíc, pretože zostávajú v úplnej absencii energie. Toto je prípad absolútnej nuly, koncept vyvinutý Kelvinom a ktorých výskum má veľký vedecký význam.

Ale... čo je vlastne absolútna nula? V tomto článku to skontrolujeme.

• Súvisiaci článok: "Dyskalkúlia: ťažkosti pri učení matematiky"

Absolútna nula: čo znamená tento pojem?

Voláme absolútnu nulu najnižšia možná jednotka teploty -273,15ºC, situácia, v ktorej by sa samotné subatomárne častice ocitli bez akéhokoľvek druhu energie a neboli by schopné vykonávať žiadny typ pohybu.

K tomu dochádza v dôsledku skutočnosti, že skutočnosť, že sa teplota objektu znižuje, znamená, že sa od neho odčíta energia, pričom absolútna nula by znamenala jeho úplnú absenciu.

Ide o teplotu, ktorá sa v prírode nevyskytuje a ktorý sa v súčasnosti považuje za hypotetický (v skutočnosti podľa Nernstovho princípu nedosiahnuteľnosti to dosiahnuť teplota je nemožná), hoci vedeckým experimentom sa podarilo dosiahnuť veľmi podobné teploty.

Predchádzajúci popis je však spojený s vnímaním tohto pojmu z pohľadu klasickej mechaniky. Následné výskumy, ktoré by ponechali klasickú mechaniku bokom, aby vstúpili do kvantovej mechaniky, to v skutočnosti naznačujú teploty, stále by existovalo minimálne množstvo energie, ktoré by udržalo častice v pohybe, tzv nulový bod.

Hoci pred prvými klasickými víziami v tomto hypotetickom stave by sa hmota mala objaviť v pevnom stave, pretože nedochádza k žiadnemu pohybu alebo zmizne, keď prirovnávajúc hmotnosť k energii a tá energia úplne chýba, kvantová mechanika navrhuje, že keď existuje energia, ostatné stavy predmet.

Kelvinove vyšetrovanie

Názov a koncept absolútnej nuly pochádza z výskumu a teórie Williama Thomsona, známeho ako Lord Kelvin, ktorý sa rozhodol tento koncept rozvinúť. pozorovanie správania sa plynov a toho, ako menia svoj objem úmerne poklesu teploty.

Na základe toho tento výskumník začal počítať, pri akej teplote by bol objem plynu nulový, pričom dospel k záveru, že by to zodpovedalo spomínanej teplote.

Na základe zákonov termodynamiky autor vytvoril vlastnú teplotnú stupnicu, Kelvinovu stupnicu, pričom bod vzniku umiestnil na túto najnižšiu možnú teplotu, absolútnu nulu. Teplota 0ºK teda zodpovedá absolútnej nule, -273,15ºC. časť výtvoru uvedeného autora teplotnej stupnice vygenerovanej z vtedajších termodynamických zákonov (v roku 1836).

Je niečo mimo?

Berúc do úvahy, že absolútna nula je teplota, pri ktorej by nedošlo k žiadnemu pohybu častíc alebo iba k pohybu tam by bola zvyšková energia absolútnej nuly, človek sa pýta, či by mohlo niečo existovať za touto teplotou.

Hoci logika nás môže nútiť myslieť si, že nie, výskum uskutočnený rôznymi výskumníkmi v Inštitúte Maxa Plancka zdá sa, že naznačujú, že v skutočnosti by mohla byť ešte nižšia teplota a že by zodpovedala záporným teplotám na Kelvinovej stupnici (tj pod absolútnou nulou). Je to jav, ktorý sa môže vyskytnúť iba na kvantovej úrovni.

To by nastalo v prípade niektorých plynov, ktorým sa pomocou laserov a experimentov podarilo dostať z teploty mierne nad absolútnu nulu do mínusových teplôt pod nulou. Tieto teploty by zabezpečili, že daný plyn, pripravený tak, že sa má zmršťovať vysokou rýchlosťou, zostane stabilizovaný. V tomto zmysle je podobná temnej energii, ktorá podľa niektorých odborníkov bráni zrúteniu vesmíru do seba.

• Mohlo by vás zaujímať: "11 typov chemických reakcií"

Na čo sa dá použiť?

Poznanie existencie absolútnej nuly má dôsledky nielen na teoretickej úrovni, ale aj na praktickej úrovni. A je to tak, že pri vystavení teplotám blízkym absolútnej nule, mnohé materiály výrazne menia svoje vlastnosti.

Príkladom toho je skutočnosť, že pri týchto teplotách subatomárne častice kondenzujú do jedného veľkého atómu nazývaného Bose-Einsteinov kondenzát. Rovnako tak niektoré obzvlášť zaujímavé vlastnosti vzhľadom na ich praktické využitie možno nájsť v supratekutosť alebo supravodivosť, ktorú môžu určité prvky dosiahnuť za týchto podmienok tepelný.

Bibliografické odkazy:

• Braun, S. a kol. (2013). Atómy pri zápornej absolútnej teplote – najhorúcejšie systémy na svete. Veda, 4. Spoločnosť Maxa Plancka.
• Merali, Z. (2013). "Kvantový plyn klesá pod absolútnu nulu". Príroda. doi: 10.1038/povaha.2013.12146.