Kaj je absolutna ničla v termodinamiki?

Temperatura okolja je in je bila skozi zgodovino zelo odločilen element za preživetje drugačnih živa bitja in nekaj, kar je zaznamovalo prihodnost evolucije in v primeru človeka način razumevanja sveta, ki nas obdaja. obdaja.

Pravzaprav lahko večina znanega življenja živi samo znotraj toplotnih meja in celo gibanje in energija delcev se spremenita na molekularni ravni. Določen je celo obstoj ekstremnih temperatur, ki lahko povzročijo popolno ustavitev gibanja subatomskih delcev, saj ostanejo v popolni odsotnosti energije. To je primer absolutne ničle, koncepta, ki ga je razvil Kelvin in katerih raziskave imajo velik znanstveni pomen.

ampak... kaj točno je absolutna ničla? V tem članku bomo to preverjali.

• Sorodni članek: "Diskalkulija: težave pri učenju matematike"

Absolutna ničla: na kaj se nanaša ta koncept?

Imenujemo absolutno ničlo najnižja možna temperaturna enota, -273,15 °C, situacija, v kateri bi se sami subatomski delci znašli brez kakršne koli vrste energije in ne bi mogli izvajati nobenega gibanja.

To se zgodi zaradi dejstva, da dejstvo znižanja temperature predmeta pomeni odštevanje energije od njega, pri čemer bi absolutna ničla pomenila popolno odsotnost tega.

To je temperatura, ki je v naravi ni in ki se trenutno domneva, da je hipotetično (pravzaprav v skladu z Nernstovim načelom nedosegljivosti, da bi to dosegli temperatura je nemogoča), čeprav je z znanstvenim eksperimentiranjem uspelo doseči zelo podobne temperature.

Vendar je prejšnji opis povezan z dojemanjem tega pojma z vidika klasične mehanike. Kasnejše raziskave, ki bi pustile klasično mehaniko ob strani in vstopile v kvantno mehaniko, kažejo, da v resnici v tem temperatura, bi še vedno obstajala minimalna količina energije, ki bi ohranjala delce v gibanju, tako imenovana energija ničelna točka.

Čeprav bi se pred prvimi klasičnimi vizijami v tem hipotetičnem stanju morala snov pojavljati v trdnem stanju, ker ni gibanja ali izginiti, ko kvantna mehanika enači maso z energijo in ker je slednja popolnoma odsotna, predlaga, da ko je energija, druga stanja predmet.

Kelvinove preiskave

Ime in koncept absolutne ničle izhaja iz raziskav in teorije Williama Thomsona, bolj znanega kot Lord Kelvin, ki se je odločil razviti ta koncept opazovanje obnašanja plinov in kako spreminjajo svojo prostornino sorazmerno s padcem temperature.

Na podlagi tega je ta raziskovalec začel izračunavati, pri kateri temperaturi bi bila prostornina plina enaka nič, in prišel do zaključka, da bi ustrezala prej omenjeni temperaturi.

Avtor je na podlagi zakonov termodinamike izdelal lastno temperaturno lestvico, Kelvinovo lestvico, pri čemer je izhodišče postavil na to najnižjo možno temperaturo, absolutno ničlo. Tako temperatura 0ºK ustreza absolutni ničli, -273,15ºC. del ustvarjanja omenjenega avtorja ustvarjene temperaturne lestvice iz zakonov termodinamike tistega časa (leta 1836).

Je kaj onstran?

Upoštevajoč, da je absolutna ničla temperatura, pri kateri ne bi bilo gibanja delcev oz obstajala bi bila preostala energija absolutne ničle, človek se sprašuje, ali bi lahko kaj obstajalo nad to temperaturo.

Čeprav nam logika morda daje misliti, da ne, raziskave, ki so jih izvedli različni raziskovalci na Inštitutu Max Planck zdi se, da nakazujejo, da bi dejansko lahko obstajala še nižja temperatura in da bi ustrezala negativnim temperaturam na Kelvinovi lestvici (tj. pod absolutno ničlo). Gre za pojav, ki bi se lahko zgodil le na kvantni ravni.

To bi se zgodilo v primeru nekaterih plinov, ki jim je z uporabo laserjev in poskusov uspelo preiti iz nekoliko nad absolutno ničlo v negativne temperature pod ničlo. Te temperature bi zagotovile, da zadevni plin, pripravljen tako, da bi se moral krčiti pri visoki hitrosti, ostane stabiliziran. V tem smislu je podoben temni energiji, ki po mnenju nekaterih strokovnjakov preprečuje, da bi se vesolje sesedlo vase.

• Morda vas zanima: "11 vrst kemičnih reakcij"

Za kaj se lahko uporablja?

Poznavanje obstoja absolutne ničle ima posledice ne le na teoretični ravni, ampak tudi na praktični ravni. In to je, da ko smo izpostavljeni temperaturam blizu absolutne ničle, številni materiali močno spremenijo svoje lastnosti.

Primer tega je dejstvo, da se pri teh temperaturah subatomski delci kondenzirajo v en sam velik atom, imenovan Bose-Einsteinov kondenzat. Prav tako je nekaj posebej zanimivih lastnosti zaradi njihove praktične uporabe mogoče najti v superfluidnost ali superprevodnost, ki jo določeni elementi lahko dosežejo pod temi pogoji termični.

Bibliografske reference:

• Braun, S. et al. (2013). Atomi pri negativni absolutni temperaturi - najbolj vroči sistemi na svetu. Znanost, 4. Društvo Max Planck.
• Merali, Z. (2013). "Kvantni plin gre pod absolutno ničlo". Narava. doi: 10.1038/nature.2013.12146.