Termodinamikte mutlak sıfır nedir?

Çevrenin sıcaklığı, tarih boyunca farklı canlıların hayatta kalması için çok belirleyici bir unsur olmuştur ve olmuştur. canlılar ve evrimin geleceğini belirleyen bir şey ve insanlar söz konusu olduğunda, bizi çevreleyen dünyayı anlama biçimi. çevreler.

Aslında, bilinen yaşamın çoğu yalnızca termal sınırlar içinde yaşayabilir ve hatta parçacıkların hareketi ve enerjisi bile moleküler düzeyde değiştirilir. Atom altı parçacıkların hareketinin tamamen durmasına neden olabilecek aşırı sıcaklıkların varlığı bile şart koşulmuştur, çünkü onlar tamamen enerjisiz kalırlar. Bu, Kelvin tarafından geliştirilen bir kavram olan mutlak sıfır durumudur. ve araştırması büyük bilimsel öneme sahiptir.

Ancak... mutlak sıfır tam olarak nedir? Bu makale boyunca kontrol edeceğiz.

• İlgili yazı: "Diskalkuli: matematik öğrenirken yaşanan zorluk"

Mutlak sıfır: Bu kavram neyi ifade ediyor?

Mutlak sıfır diyoruz mümkün olduğu düşünülen en düşük sıcaklık birimi, -273.15ºC, atom altı parçacıkların kendilerini herhangi bir enerji türü olmadan bulacakları ve herhangi bir hareket gerçekleştiremeyecekleri bir durum.

Bunun nedeni, bir nesnenin sıcaklığının düşürülmesinin, ondan enerjinin çıkarılması anlamına gelmesidir; bununla mutlak sıfır, bunun tamamen yokluğu anlamına gelir.

Bu, doğada bulunmayan bir sıcaklıktır. ve şu an için varsayımsal olarak kabul edilen (aslında, bunu başarmak için Nernst ulaşılamazlık ilkesine göre) sıcaklık imkansızdır), ancak bilimsel deneyler çok benzer sıcaklıklara ulaşmayı başarmıştır.

Bununla birlikte, önceki açıklama bu kavramın algılanmasıyla bağlantılıdır. klasik mekanik açısından. Kuantum mekaniğine girmek için klasik mekaniği bir kenara bırakacak sonraki araştırmalar, gerçekte bu sıcaklıkta, parçacıkları hareket halinde tutacak minimum miktarda enerji, sözde enerji var olacaktır. sıfır noktası.

Her ne kadar bu varsayımsal durumdaki ilk klasik vizyonlardan önce madde, hareket olmadığı için katı bir halde görünmelidir veya olduğunda yok olur. Kütleyi enerjiye eşitleyen ve ikincisi tamamen yok olan kuantum mekaniği, enerji olduğunda, diğer durumların olduğunu öne sürer. ders.

Kelvin'in araştırmaları

Mutlak sıfırın adı ve kavramı, daha çok Lord Kelvin olarak bilinen ve bu kavramı geliştirmek için yola çıkan William Thomson'ın araştırma ve teorisinden gelmektedir. gazların davranışlarının ve hacimlerini nasıl değiştirdiklerinin gözlemlenmesi sıcaklıktaki düşüşle doğru orantılıdır.

Buna dayanarak, bu araştırmacı bir gazın hacminin hangi sıcaklıkta sıfır olacağını hesaplamaya başladı ve yukarıda belirtilen sıcaklığa karşılık geleceği sonucuna vardı.

Yazar, termodinamik yasalarına dayanarak kendi sıcaklık ölçeğini, Kelvin ölçeğini yarattı ve başlangıç ​​noktasını bu olası en düşük sıcaklığa, mutlak sıfıra yerleştirdi. Böylece, 0ºK'lik bir sıcaklık mutlak sıfıra, -273.15ºC'ye karşılık gelir. oluşturulan bir sıcaklık ölçeğinin adı geçen yazarı tarafından oluşturulmasının bir parçası zamanın termodinamiği yasalarından (1836'da).

Ötesinde bir şey var mı?

Mutlak sıfırın, parçacıkların hareketinin olmadığı veya yalnızca mutlak sıfırın artık enerjisi olurdu, insan bu sıcaklığın ötesinde bir şeyin var olup olamayacağını merak eder.

Mantık bize öyle olmadığını düşündürse de, Max Planck Enstitüsündeki farklı araştırmacılar tarafından yürütülen araştırma aslında daha da düşük bir sıcaklık olabileceğini ve bunun Kelvin ölçeğinde (yani mutlak sıfırın altında) negatif sıcaklıklara karşılık geleceğini gösteriyor gibi görünüyorlar. Bu sadece kuantum seviyesinde meydana gelebilecek bir olgudur.

Bu, lazerlerin kullanımı ve deneyler yoluyla mutlak sıfırın biraz üzerinde bir seviyeden sıfırın altındaki negatif sıcaklıklara geçmeyi başaran bazı gazlar söz konusu olduğunda meydana gelebilir. Bu sıcaklıklar, yüksek hızda büzülecek şekilde hazırlanan söz konusu gazın kararlı kalmasını sağlayacaktır. Bu anlamda bazı uzmanlara göre evrenin kendi üzerine çökmesini engelleyen karanlık enerjiye benzer.

• İlginizi çekebilir: "11 çeşit kimyasal reaksiyon"

Ne için kullanılabilir?

Mutlak sıfırın varlığını bilmenin sadece teorik düzeyde değil, pratik düzeyde de yansımaları vardır. Mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara maruz kaldığında, birçok malzeme özelliklerini büyük ölçüde değiştirir.

Bunun bir örneği, bu sıcaklıklarda atom altı parçacıkların, Bose-Einstein yoğuşması adı verilen tek bir büyük atom halinde yoğunlaşması gerçeğinde bulunur. Aynı şekilde, pratik uygulamalarından dolayı bazı özellikle ilginç özellikler de bulunabilir. belirli elementlerin bu koşullar altında ulaşabileceği aşırı akışkanlık veya süper iletkenlik termal.

Bibliyografik referanslar:

• Braun, S. et al. (2013). Negatif mutlak sıcaklıktaki atomlar- dünyadaki en sıcak sistemler. Bilim, 4. Max Planck Derneği.
• Merali, Z. (2013). "Kuantum gazı mutlak sıfırın altına iner". Doğa. doi: 10.1038/nature.2013.12146.