что такое 273 градуса в физике

uCrazy.ru

что такое 273 градуса в физике. Смотреть фото что такое 273 градуса в физике. Смотреть картинку что такое 273 градуса в физике. Картинка про что такое 273 градуса в физике. Фото что такое 273 градуса в физике

Навигация

ЛУЧШЕЕ ЗА НЕДЕЛЮ

ОПРОС

СЕЙЧАС НА САЙТЕ

КАЛЕНДАРЬ

Сегодня день рождения

Рекомендуем

что такое 273 градуса в физике. Смотреть фото что такое 273 градуса в физике. Смотреть картинку что такое 273 градуса в физике. Картинка про что такое 273 градуса в физике. Фото что такое 273 градуса в физике

Физические явления, ежесекундно происходящие в каждой точке Вселенной, бывают как просты, так и сложны одновременно. Ежедневно ученые бьются над разгадкой их тайн, желая подчинить себе законы природы. Одна из таких тайн – это явление под названием «Абсолютный нуль».

Что такое температура?

Прежде чем затронуть более глубокий вопрос, стоит разобраться в таком простом понятии, как температура. Что это такое? Под температурой тела подразумевают степень его нагретости.

Согласно термодинамике, данная степень находится в тесной взаимосвязи со скоростью движения молекул тела. В зависимости от его состояния, молекулы либо хаотически движутся (газообразное, жидкое), либо упорядочены и заключены в решетки, но при этом колеблются (твердое). Хаотичное движение молекул еще называют броуновским движением.

Таким образом, нагрев тела лишь увеличивает его энтропию, то есть хаотичность и интенсивность движения частиц. Если твердому телу передать тепловую энергию, его молекулы из более упорядоченного состояния начнут переходить в состояние хаотичное. Материя станет плавиться и превратится в жидкость.

Молекулы данной жидкости будут разгоняться все быстрее, и после точки кипения состояние тела начнет переходить в газообразное. А что если провести обратный опыт? Молекулы охлаждаемого газа станут замедляться, в результате чего он начнет процесс конденсации.

Газ превратиться в жидкость, которая затем затвердеет и перейдет в состояние твердого тела. Его молекулы упорядочены, и каждая находится в узле кристаллической решетки, но при этом все же колеблется. Охлаждение твердого тела приведет к тому, что это колебание будет становиться все менее заметным.

А можно ли охладить тело настолько, чтобы молекулы и вовсе замерли на месте? Этот вопрос будет рассмотрен позже. А пока стоит остановиться еще раз на том, что такое понятие, как температура, независимо от способа ее измерения (шкала Цельсия, Фаренгейта или Кельвина) – это все лишь удобная физическая величина, помогающая передать информацию о кинетической энергии молекул того или иного тела.

Существует несколько систем измерения температуры – это градусы по Цельсию и Фаренгейту, и Кельвины. Упоминая абсолютный нуль, физики имеют в виду именно последнюю шкалу, которая, по сути, является абсолютной. Потому что начальной точкой шкалы Кельвина является абсолютный нуль.

что такое 273 градуса в физике. Смотреть фото что такое 273 градуса в физике. Смотреть картинку что такое 273 градуса в физике. Картинка про что такое 273 градуса в физике. Фото что такое 273 градуса в физике

То есть разница между системой Кельвина и Цельсия составляет 273,15°. Именно из-за данной разницы абсолютный ноль соответствует такой отметке на шкале Цельсия. Но откуда же взялся этот ноль?

Что же такое абсолютный нуль?

Правда, согласно принципу неопределенности, мельчайшие частицы все равно будут осуществлять минимальное движение. Но это уже понятия квантовой физики. Поэтому абсолютный ноль не подразумевает совершенный покой, однако он подразумевает полный порядок среди частиц твердого тела.

Исходя из данного контекста, абсолютный нуль – этот та минимальная граница температуры, которую способно иметь физическое тело. Ниже уже некуда. Более того, еще никто и никогда не добивался температуры тела, равной абсолютному нулю. Согласно законам термодинамики достижение абсолютного нуля является невозможным.

Источник

Абсолютный нуль температуры

Содержание

История

В 1703 г. французский физик Гийом Амонтон (фр. Guillaume Amontons) представил воздушный термометр, в котором за нуль шкалы принималась температура, при которой воздух «теряет всю свою упругость». Рассчитанное им значение составило −239,5 °C.

что такое 273 градуса в физике. Смотреть фото что такое 273 градуса в физике. Смотреть картинку что такое 273 градуса в физике. Картинка про что такое 273 градуса в физике. Фото что такое 273 градуса в физике

Явления, наблюдаемые вблизи абсолютного нуля

При температурах, близких к абсолютному нулю, на макроскопическом уровне могут наблюдаться чисто квантовые эффекты, такие как:

что такое 273 градуса в физике. Смотреть фото что такое 273 градуса в физике. Смотреть картинку что такое 273 градуса в физике. Картинка про что такое 273 градуса в физике. Фото что такое 273 градуса в физике

Примечания

Литература

См. также

Полезное

Смотреть что такое «Абсолютный нуль температуры» в других словарях:

АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ — начало отсчёта термодинамич. темп ры; расположен на 273,16 К ниже темп ры тройной точки (0,01°С) воды (на 273, 15°С ниже нуля темп ры по шкале Цельсия, (см. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШКАЛЫ). Существование термодинамической температурной шкалы и А. н. т.… … Физическая энциклопедия

абсолютный нуль температуры — начало отсчёта абсолютной температуры по термодинамической температурной шкале. Абсолютный нуль расположен на 273,16ºC ниже температуры тройной точки воды, для которой принято значение 0,01ºC. Абсолютный нуль температуры принципиально недостижим… … Энциклопедический словарь

абсолютный нуль температуры — absoliutusis nulis statusas T sritis Energetika apibrėžtis Termodinaminės temperatūros atskaitos pradžia, esanti 273,16 K žemiau trigubojo vandens taško. Pagal trečiąjį termodinamikos dėsnį, absoliutusis nulis nepasiekiamas. atitikmenys: angl.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Абсолютный нуль температуры — начальный отсчет по шкале Кельвина, составляет по шкале Цельсия отрицательную температуру в 273,16 градуса … Начала современного естествознания

АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ — температуры, начало отсчета температуры по термодинамической температурной шкале. Абсолютный нуль расположен на 273,16шC ниже температуры тройной точки воды ( 0,01шC). Абсолютный нуль принципиально недостижим, практически достигнуты температуры,… … Современная энциклопедия

АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ — температура, выражающая отсутствие теплоты, равна 218° Ц. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Павленков Ф., 1907. абсолютный нуль температуры (физ.) – наиболее низкая возможная температура ( 273,15°C). Большой словарь… … Словарь иностранных слов русского языка

АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ — температуры, начало отсчета температуры по термодинамической температурной шкале (см. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРНАЯ ШКАЛА). Абсолютный нуль расположен на 273,16 °С ниже температуры тройной точки (см. ТРОЙНАЯ ТОЧКА) воды, для которой принято… … Энциклопедический словарь

АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ — предельно низкая температура, при которой прекращается тепловое движение молекул. Давление и объем идеального газа, согласно закону Бойля Мариотта, становится равным нулю, а за начало отсчета абсолютной температуры по шкале Кельвина принимается… … Экологический словарь

АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ — начало отсчета абсолютной температуры. Соответствует 273,16° С. В настоящее время в физических лабораториях удалось получить температуру, превышающую абсолютный нуль всего на несколько миллионных долей градуса, достичь же его, согласно законам… … Энциклопедия Кольера

Источник

Что такое «абсолютный ноль» и почему нельзя говорить «градусы Кельвина»

А вот на Марсе в эти дни было теплее – всего –29 гр. по Цельсию. Представляете?!

Но ученые знают, что в космосе бывают температуры и пониже.

По шкале Цельсия абсолютный ноль равен –273,15 градусов.
По шкале Фаренгейта абсолютный ноль равен –459,67 градусов.

Градусы не нужны, просто «ноль Кельвинов».

Но это всё теория, на практике абсолютный ноль недостижим. Ведь, чтобы охладить тело, надо совершить работу по извлечению тепла, и чем ниже температура, тем больше работы.

Чтобы достичь абсолютного нуля, нужно совершить бесконечное количество работы, но это абсурд.

В школе вам наверняка рассказывали, что температура газа связана со скоростью движения его частиц. Когда вы охлаждаете газ, забирая у него тепло, частицы замедляются. Возникает мысль, что если охладить что-либо до абсолютного нуля, любое движение частиц прекратится. Но это не так.

Но Вселенная со своими законами не может этого допустить из-за принципа неопределенности Гейзенберга (если говорить простым языком, это фундаментальный закон квантовой механики, который гласит, что невозможно точно определить скорость и местонахождение частицы).

Выходит, какое-то движение должно сохраняться даже при абсолютном нуле, который недостижим, но тепла из него вы не получите.

Англо-ирландский физик Роберт Бойль был одним из первых, кто предположил существование минимально возможной температуры, которую он назвал «примум фриджидум».

В1702 году французский физик Гийом Амонтон создал термометр, который показывал минимальную температуру –240 градусов по Цельсию, почти, но не совсем.

Именно Уильям Томсон, лорд Кельвин в 1848 создал абсолютную шкалу, которая начинается с отметки минус 273 по Цельсию и 0 кельвинов.

Уильям Томсон, лорд Кельвин (26.06.1824 – 17.12.1907). Британский математик, физик и инженер.

По сравнению с этим в самые морозные дни в центральной России была чудная погода – плюс 223 Кельвина!

Взглянем на поверхность Плутона. Минимальная температура там 33 Кельвина, а максимальная 55. Это минус 240 и минус 218 по Цельсию, соответственно.

Средняя фоновая температура во всей Вселенной составляет всего 2,7 Кельвина (минус 270 гр. Цельсия). Как правило, холоднее всего на огромных космических просторах между скоплениями галактик.

Со временем фоновая температуру будет и дальше снижаться, но она никогда не достигнет абсолютного нуля, даже через бесконечность лет, когда испарится последняя сверхмассивная черная дыра и во всей Вселенной не останется полезного тепла.

Астрономы называют это мрачное будущее «тепловой смертью Вселенной», то есть, когда всё тепло исчезнет навсегда.

Возможно, вы удивитесь, но самая низкая температура во вселенной встречаются на Земле. По крайней мере, иногда. И если принять, что у инопланетян технологии не круче наших, хотя это вряд ли.

Физики с помощью лазеров охлаждают газ рубидий-87 до 170 Кельвинов. Они уже получили Нобелевскую премию за открытие конденсата «Бозе-Эйнштейна» (агрегатное состояние вещества, основу которого составляют бозоны, охлаждённые до температур, близких к абсолютному нулю).

НАСА работает над новым проектом «Gold Atom Lupe». На МКС отправят мобильную станцию, которая сможет охладить материю до 100 Кельвинов.

Подведем итоги: абсолютный ноль – это минимальный теоретический предел температуры, точка, при которой из системы невозможно извлечь тепловую энергию.

Никогда не говорите «градусы Кельвина», знающие люди не оценят.

Источник

История абсолютного “0”. Как получить самую низкую температуру во Вселенной.

что такое 273 градуса в физике. Смотреть фото что такое 273 градуса в физике. Смотреть картинку что такое 273 градуса в физике. Картинка про что такое 273 градуса в физике. Фото что такое 273 градуса в физике

Недалеко от центра Шотландии находится большое болото, известное как Дуллатур Бог. Вода просачивается с этих топей и сливается в верховья реки. В конце 19 века эта река должно быть, произвела впечатление на сэра Уильяма Томпсона. Известного ученого и президента Королевского общества. Когда королева Виктория даровала ему титул барона в 1892 году, он решил принять название реки как свое. С тех пор сэр Уильям Томпсон стал известен как лорд Кельвин.

Вклад Кельвина в науку огромен, но сегодня он, пожалуй, наиболее известен благодаря температурной шкале, носящей его имя. Она названа так в честь открытия им самой низкой температуры в нашей Вселенной.

что такое 273 градуса в физике. Смотреть фото что такое 273 градуса в физике. Смотреть картинку что такое 273 градуса в физике. Картинка про что такое 273 градуса в физике. Фото что такое 273 градуса в физике

После того, как эта абсолютная нулевая температура была окончательно определена, выдающиеся ученые начали многочисленные независимые попытки по созданию машин для исследования этой физической границы.

До этой холодной лихорадки XIX века большинство европейских ученых считали, что холод сам по себе является реальной физической субстанцией. Состоящей из атомов первичного газа, переносимого по воздуху.

Это объясняло, почему вода расширялась при замерзании – она ​​впитывала большое количество этих холодных частиц. Физик Роберт Бойль развеял это представление в 1665 году. Тщательно взвесив воду до и после того, как вынесли ее на улицу холодной ночью. Продемонстрировав, что изменился только ее объем, но не масса.

Индустриальная революция

что такое 273 градуса в физике. Смотреть фото что такое 273 градуса в физике. Смотреть картинку что такое 273 градуса в физике. Картинка про что такое 273 градуса в физике. Фото что такое 273 градуса в физике

На заре промышленной революции новомодные паровые машины начали использовать тепло в работе, а науку – в прибыль. Раскрытие истинной природы тепла привело бы к созданию более эффективных электростанций. Поэтому для решения этой проблемы были задействованы все интеллектуальные и финансовые ресурсы.

Это знаменательное открытие вызвало еще больше вопросов. Возможно ли достичь абсолютного нуля? Что произойдет с молекулами, вынужденными оставаться в таком состоянии покоя? Распадутся ли они? Превратятся ли они в еще не наблюдаемую фазу материи? Что это будет означать?

Борьба за “постоянный газ”

Одним из джентльменов, способных ответить на эти вопросы, был шотландский ученый сэр Джеймс Дьюар. Опытный изобретатель и профессор Королевского института в Лондоне.

что такое 273 градуса в физике. Смотреть фото что такое 273 градуса в физике. Смотреть картинку что такое 273 градуса в физике. Картинка про что такое 273 градуса в физике. Фото что такое 273 градуса в физике

Эффект Джоуля-Томсона описывает тенденцию большинства газов к охлаждению, когда они расширяются через клапан. Это дало возможность охлаждать вещества поэтапно. Используя ряд газов, каждый из которых труднее сжижать, чем предыдущий.

Экспериментаторы использовали насосы для сжатия каждого газа в отдельные резервуары для хранения. Затем они использовали охлаждающие ванны и теплообменники, чтобы снизить температуру каждого заполненного резервуара. Как только каждый сжатый газ будет достаточно охлажден, начнется “каскадный” процесс.

“Гора водорода”

что такое 273 градуса в физике. Смотреть фото что такое 273 градуса в физике. Смотреть картинку что такое 273 градуса в физике. Картинка про что такое 273 градуса в физике. Фото что такое 273 градуса в физике

Джеймс Дьюар любил называть эту задачу “горой водорода”. Дьюар знал, что, если он сможет стать первым, кто ее покорит, его имя будет записано в залах Королевского института рядом с именем великого Майкла Фарадея. Таким образом, в середине 1880-х годов сэр Джеймс Дьюар решил направить все свои научные и инженерные ресурсы на криогенные исследования с целью сжижения водорода.

По мере продвижения экспериментов Джеймс Дьюар провел серию публичных лекций. Чтобы демонстрировать свойства самых холодных жидкостей. Специальные “сосуды Дьюара”, которые он использовал для работы с этими жидкостями, были его собственным изобретением.

Стеклянный сосуд со слоем вакуума между внутренней и внешней стенками. Ученый окунал обычно гибкие предметы в жидкий азот, а затем разбивал их, как стекло. Он доставал колбу с голубоватым жидким кислородом, который бурно кипел при комнатной температуре. Наконец, он помещал зажженную свечу в пары жидкого кислорода, что вызвало драматическую вспышку пламени.

что такое 273 градуса в физике. Смотреть фото что такое 273 градуса в физике. Смотреть картинку что такое 273 градуса в физике. Картинка про что такое 273 градуса в физике. Фото что такое 273 градуса в физике

Он завершал эти демонстрации низких температур, объясняя аудитории, что наука все больше приближается к максимально низкой температуре. После чего молекулы станут совершенно неподвижными. И, вероятно, произойдет “смерть вещества”.

Ожижитель водорода Дьюара

Дьюар усовершенствовал свою каскадную систему охлаждения. В лаборатории был установлен современный бензиновый насос мощностью 100 лошадиных сил, и 10 мая 1898 года Джеймс Дьюар и лаборанты Роберт Леннокс и Джеймс Хит подготовили для попытки свое изобретение.

Джеймс Дьюар взял небольшой пузырек с жидким кислородом и погрузил его в новую жидкость. Бледно-голубой кислород мгновенно превратился в бледно-голубое твердое вещество. Это доказало, что двадцать кубических сантиметров жидкости в коллекторе действительно были водородом.

что такое 273 градуса в физике. Смотреть фото что такое 273 градуса в физике. Смотреть картинку что такое 273 градуса в физике. Картинка про что такое 273 градуса в физике. Фото что такое 273 градуса в физике

Благодаря десятилетним усилиям он создал самый холодный объект, который когда-либо видела Земля, всего на 21 жалкий кельвин выше абсолютного нуля. Он сделал то, что великий Майкл Фарадей когда-то считал невозможным. Он сжижил последний имеющийся “постоянный газ” и обеспечил себе место в истории.

По крайней мере, так он думал.

Новая цель – гелий

Как выяснилось, его достижение затмило другое открытие: химики определили еще один элементарный газ, температура разжижения которого была даже ниже, чем у водорода. Действительно, гелий настолько легкий, что избегает гравитации Земли и уносится в космос, однако ученые наконец начали находить некоторые из них, заключенные в скалах, песках и полостях. Гелий стал новым последним постоянным газом, и, следовательно, его сжижение стало самой благородной целью.

К 1903 году Дьюар, наконец, набрал достаточно газа для попытки. Обновленная криогенная система была еще более сложной, чем прежде. Огромная фабрика холода, украшенная клапанами, канистрами, вентиляционными отверстиями и трубами. Ученые подключили свой драгоценный баллон со сжатым гелием к входному отверстию и использовали запас жидкого водорода для охлаждения контейнера.

Когда они открыли клапан, чтобы расширить сам гелий, некоторые примеси в газе замерзли внутри трубки и препятствовали потоку. Неизвестный ассистент с быстрыми рефлексами открыл гелиевый клапан. Но повернул его либо не в ту сторону, либо слишком далеко. Потому что вместо того, чтобы остановить поток гелия, он выпустил все это в лабораторию, провалив эксперемент.

Успех Камерлинг-Оннеса

что такое 273 градуса в физике. Смотреть фото что такое 273 градуса в физике. Смотреть картинку что такое 273 градуса в физике. Картинка про что такое 273 градуса в физике. Фото что такое 273 градуса в физике

На рассвете 10 июля 1908 года блестящий и амбициозный молодой ученый, работавшим в лаборатории Лейденского университета в Нидерландах, Камерлинг-Оннес и его помощники собрались в своей собственной низкотемпературной лаборатории в Лейдене. Оннес нашел свой собственный источник песка с примесью гелия. И он терпеливо провел годы, добывая и собирая собственные запасы этого дефицитного элемента.

Когда весть о намерении сделать гелий жидким распространилась по университетскому городку, небольшая толпа собралась в лаборатории, чтобы наблюдать.

В 16:20 критические части сборки были залиты жидким водородом, и исследователи открыли главный гелиевый вентиль. Их лабораторный компрессор шумно пыхтел, создавая постепенно увеличивающееся давление внутри расширительного бака. Чтобы увеличить вероятность конденсации гелия. В течение оставшейся части дня ученые непрерывно пополняли жидкий водородный хладагент и наблюдали за термометром. Который опускался к температурам, при которых гелий должен был разжижаться.

С помощью электрической лампы Оннес стал первым человеком на Земле, который увидел жидкий гелий. Ученые не ожидали, что показатель преломления жидкого гелия будет настолько низким, что его будет трудно увидеть при естественном освещении.

Новое состояние материи

Он не мог знать, что создал редкую и мимолетную сверхтекучую среду, ранее неведомое состояние материи. Вязкость или толщина жидкости вызвана рассеянием энергии из-за трения между частицами. Но, поскольку сверхтекучий жидкий гелий уже находится в самом низком состоянии, он не может рассеивать энергию. И поэтому она должна течь с нулевым сопротивлением.

Пройдет 15 лет, прежде чем любой другой исследователь добьется успеха в производстве жидкого гелия. Тем временем Оннес использовал свою гелиевую монополию для изучения воздействия температур, близких к абсолютному нулю, на различные материалы.

Наследие Джеймса Дьюара

Несмотря на его значительный вклад в науку, сэр Джеймс Дьюар никогда не был удостоен Нобелевской премии. Хотя получил девять номинаций. Вместо этого научная добыча досталась людям, которые основывались на его работе. Например, лорд Рэлей и сэр Уильям Рамзи использовали жидкий водород Дьюара в качестве инструмента для открытия элементов ксенон, неон и криптон, и они получили премию 1904 года по химии.

Дьюар никогда не уходил на пенсию и занимал должность профессора химии в Королевском институте до своей смерти 27 марта 1923 года. Большинство ученых сегодня все еще называют эти сосуды “Дьюарами” в его честь.

В 1937 году исследователи Петр Капица и Джон Ф. Аллен впервые официально наблюдали и описывали странное сверхтекучее состояние жидкого гелия. Они обнаружили, что при охлаждении жидкого гелия ниже лямбда-точки жидкость внезапно становится, устрашающе неподвижной. И приобретает странные свойства. Отдельные атомы гелия сливаются друг с другом и становятся единым “суператомом”. Также известным как частичная конденсация Бозе-Эйнштейна (БЭК).

что такое 273 градуса в физике. Смотреть фото что такое 273 градуса в физике. Смотреть картинку что такое 273 градуса в физике. Картинка про что такое 273 градуса в физике. Фото что такое 273 градуса в физике

Границы физических законов

Сегодня исследователи работают с температурами ниже одного градуса Кельвина при чрезвычайно высоких давлениях. Чтобы превратить гелий в лед, что в конечном итоге может выявить невиданное ранее сверхтвердое состояние.

Если теория окажется верной, сверхтвердые тела могут посмеяться над самим понятием твердости. Поскольку они также будут подчиняться принципу неопределенности. Кусок гелиевого льда будет вести себя как единый твердый и ошеломляюще скользкий атом. Но это совсем другая история.

Самая низкая температура, когда-либо полученная на Земле, была достигнута в 2003 году. Когда ученые Массачусетского технологического института охладили облако атомов натрия до 0,45 нанокельвина. Примерно на половину миллиардной кельвина выше абсолютного нуля. С помощью лазеров, испарительного охлаждения и “гравитомагнитные ловушки”.

что такое 273 градуса в физике. Смотреть фото что такое 273 градуса в физике. Смотреть картинку что такое 273 градуса в физике. Картинка про что такое 273 градуса в физике. Фото что такое 273 градуса в физике

Современные ученые уверены, что абсолютный ноль сам по себе является абсолютно недостижимой температурой. Так как потребовалось бы бесконечное количество времени и энергии. Чтобы выжать последнюю крошечную долю тепловой энергии. Тем не менее, нет ничего круче, чем увидеть, как наука упирается в самые границы физических законов Вселенной. И увидеть, как странно они там себя ведут.

Источник

Что такое абсолютный нуль?

Абсолютный ноль, теоретически, является самой низкой из возможных температур и, следовательно, самой низкой возможной полной энергией системы. Хотя можно ожидать, что движение всех частиц остановится на абсолютном нуле, на самом деле это не так. Принцип неопределенности Гейзенберга утверждает, что даже при минимально возможной температуре субатомные частицы все еще будут обладать остаточной кинетической энергией, известной как энергия нулевой точки. Странный результат этого факта заключается в том, что плотно упакованные электроны в металле при абсолютном нуле будут иметь ту же энергию, что и обычный газ при 50000 ° C. Таким образом, хотя в абсолютном нуле системы энтропия равна нулю, полная энергия системы не равна нулю.

Температуры в пределах нескольких миллиардных долей степени абсолютного нуля были достигнуты в лаборатории. При таких низких температурах вещества попадают в своеобразное состояние, известное как конденсат Бозе-Эйнштейна, в котором их квантовые волновые функции сливаются, и частицы теряют свою индивидуальную идентичность.

В глубоком смысле, абсолютный ноль лежит на асимптотическом пределе низкой энергии так же, как скорость света лежит для частиц с массой на асимптотическом пределе высокой энергии. В обоих случаях энергия движения — кинетическая энергия — является ключевой величиной. В конце высокой энергии, когда средняя скорость частиц вещества приближается к скорости света, температура возрастает без ограничений.

На пути к абсолютному нулю

Каждое вещество содержит определенное количество тепла, даже относительно холодное вещество, такое как лед. Тепло является результатом непрерывного движения молекул вещества, которые благодаря этому движению обладают кинетической энергией. Температура является мерой средней кинетической энергии молекул. Чем холоднее вещество, тем меньше его молекулы движутся. Таким образом, должна быть возможность продолжать охлаждение до точки, в которой молекулярное движение полностью прекращается. Эта точка, «абсолютный нуль», представляет большой интерес для ученых, но на практике недостижима. При температурах, близких к абсолютному нулю, некоторые материалы проявляют замечательные свойства, такие как сверхпроводимость и сверхтекучесть.

Расчет абсолютного нуля

Нацеленность на абсолютный нуль

Температуру газа можно снизить, сначала сжав газ в корпусе с фиксированным объемом, а затем отводя полученное тепло, например, с помощью окружающей водяной рубашки. Если затем газу позволяют выходить в больший объем, он становится еще холоднее, поскольку его молекулы теряют кинетическую энергию во время расширения. Этот цикл используется в холодильнике и может сжижать и даже замораживать многие газы.

Газом, наиболее полезным в экспериментах при очень низких температурах, был гелий, газ с самой низкой температурой кипения, 4.2K (-269 ° C). Температура жидкого гелия может быть дополнительно снижена до 1 К путем вакуумной откачки газа выше уровня жидкости, чтобы снизить его давление и тем самым снизить температуру кипения. Жидкий гелий обычно производится на установке для сжижения воздуха, поскольку один из редких газов, оставшихся после сжижения кислорода и азота.

Ниже 1K трудно добиться дальнейшего охлаждения, и используется низкотемпературный эффект, который возникает в некоторых твердых веществах. Некоторые соли действуют как магниты, когда погружены в сильное магнитное поле, но перестают быть магнитными при удалении поля. Это явление известно как парамагнетизм. Когда соль намагничена, ее молекулы выстраиваются в поле, но расстраиваются при удалении поля. Если парамагнитное твердое вещество охлаждают до 1 К жидким гелием, которому дают испариться, тепловая энергия удаляется из твердого вещества. Когда сильное магнитное поле включено, молекулы выравниваются и создают тепло при своем движении. Это удалено окружающим газом гелия, который откачан. Когда поле выключено, молекулы становятся неупорядоченными и вызывают дальнейшее снижение внутренней энергии твердого тела. Холодная соль может затем поглощать тепло из второго контейнера с гелием. Цикл намагничивания и размагничивания может производить температуры в несколько тысячных градуса Кельвина.

Сверхтекучесть и сверхпроводимость

Жидкий гелий при очень низких температурах не только трудно получить, но и ведет он себя самым необычным образом. Быстрое кипение происходит, когда давление пара падает, но при 2,18 К внутреннее барботирование газа гелия внезапно прекращается, хотя кипение продолжается. Ниже этого так называемого «лямбда-точки» жидкий гелий проявляет «сверхтекучие» свойства.

Вблизи абсолютного нуля некоторые вещества проявляют замечательные свойства. Например, становится возможным своего рода вечное движение электрического тока, то есть некоторые металлы и сплавы обладают сверхпроводимостью. При понижении их температуры (например, до 7 К для свинца) электрическое сопротивление материала полностью исчезает. Если электрический ток может течь в кольце такого металла, он продолжает течь. Таким образом, ток течет без ослабления в течение нескольких лет.

Сверхпроводимость была обнаружена голландским физиком Хайке Камерлинг Оннес. Теоретически она может быть использована в качестве основы для некоторых компьютерных запоминающих устройств, поскольку при хранении в сверхпроводнике информация остается неизменной. Магнитное поле достаточной силы может разрушить сверхпроводящее состояние, и этот эффект можно использовать для создания высокоскоростного устройства переключения тока. Поскольку сверхпроводящий материал имеет нулевое электрическое сопротивление, через него могут проходить очень большие токи. В результате сверхпроводящие обмотки для электромагнитов могут быть использованы для создания чрезвычайно мощных магнитных полей.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

ПнВтСрЧтПтСбВс
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
2930