A cosa corrisponde lo zero assoluto sulla scala Celsius? Cos'è lo zero assoluto

La temperatura limite alla quale il volume di un gas ideale diventa uguale a zero viene considerata temperatura zero assoluta. Tuttavia, il volume dei gas reali alla temperatura dello zero assoluto non può svanire. Ha senso allora questo limite di temperatura?

La temperatura limite, la cui esistenza deriva dalla legge di Gay-Lussac, ha senso, poiché è praticamente possibile avvicinare le proprietà di un gas reale a quelle di uno ideale. Per fare ciò è necessario prendere un gas sempre più rarefatto, in modo che la sua densità tenda a zero. Al diminuire della temperatura, infatti, il volume di tale gas tenderà al limite, prossimo allo zero.

Troviamo il valore dello zero assoluto sulla scala Celsius. Equazione del volume VV formula (3.6.4) zero e tenendo conto di ciò

Quindi la temperatura zero assoluta è

* Valore zero assoluto più accurato: -273,15 °C.

Questa è la temperatura estrema e più bassa della natura, quel “più grande o ultimo grado di freddo”, di cui Lomonosov aveva predetto l'esistenza.

Scala Kelvin

Kelvin William (Thomson W.) (1824-1907) - un eccezionale fisico inglese, uno dei fondatori della termodinamica e della teoria cinetica molecolare dei gas.

Kelvin introdusse la scala della temperatura assoluta e fornì una delle formulazioni della seconda legge della termodinamica sotto forma dell'impossibilità di convertire completamente il calore in lavoro. Ha calcolato la dimensione delle molecole in base alla misurazione dell'energia superficiale del liquido. In relazione alla posa del cavo telegrafico transatlantico, Kelvin sviluppò la teoria delle oscillazioni elettromagnetiche e derivò una formula per il periodo delle oscillazioni libere in un circuito. Per i suoi risultati scientifici, W. Thomson ha ricevuto il titolo di Lord Kelvin.

Lo scienziato inglese W. Kelvin ha introdotto la scala della temperatura assoluta. La temperatura zero sulla scala Kelvin corrisponde allo zero assoluto e l'unità di temperatura su questa scala è uguale a un grado sulla scala Celsius, quindi la temperatura assoluta Tè correlato alla temperatura sulla scala Celsius dalla formula

(3.7.6)

La Figura 3.11 mostra la scala assoluta e la scala Celsius per il confronto.

L'unità SI della temperatura assoluta è chiamata kelvin (abbreviato K). Pertanto un grado della scala Celsius equivale ad un grado della scala Kelvin: 1 °C = 1 K.

Pertanto la temperatura assoluta, secondo la definizione data dalla formula (3.7.6), è una grandezza derivata che dipende dalla temperatura Celsius e dal valore di a determinato sperimentalmente. Tuttavia è di fondamentale importanza.

Dal punto di vista della teoria cinetica molecolare, la temperatura assoluta è correlata all'energia cinetica media del movimento caotico di atomi o molecole. A T = O K il movimento termico delle molecole si ferma. Questo sarà discusso più dettagliatamente nel capitolo 4.

Dipendenza del volume dalla temperatura assoluta

Utilizzando la scala Kelvin, la legge di Gay-Lussac (3.6.4) può essere scritta in una forma più semplice. Perché

(3.7.7)

Il volume di un gas di una data massa a pressione costante è direttamente proporzionale alla temperatura assoluta.

Ne consegue che il rapporto tra i volumi di gas della stessa massa in diversi stati alla stessa pressione è uguale al rapporto tra le temperature assolute:

(3.7.8)

Esiste una temperatura minima possibile alla quale il volume (e la pressione) di un gas ideale svaniscono. Questa è la temperatura zero assoluto:-273°C. È conveniente contare la temperatura dallo zero assoluto. Ecco come viene costruita la scala della temperatura assoluta.

Il concetto fisico di “temperatura zero assoluta” è molto importante per la scienza moderna: è strettamente correlato a un concetto come la superconduttività, la cui scoperta ha creato un vero scalpore nella seconda metà del XX secolo.

Per capire cos'è lo zero assoluto, dovresti rivolgerti alle opere di fisici famosi come G. Fahrenheit, A. Celsius, J. Gay-Lussac e W. Thomson. Hanno avuto un ruolo fondamentale nella creazione delle principali scale di temperatura ancora oggi in uso.

Il primo a proporre la sua scala di temperatura fu il fisico tedesco G. Fahrenheit nel 1714. Allo stesso tempo, la temperatura della miscela, che comprendeva neve e ammoniaca, è stata presa come zero assoluto, cioè come il punto più basso di questa scala. Il successivo indicatore importante fu quello che divenne uguale a 1000. Di conseguenza, ogni divisione di questa scala fu chiamata "grado Fahrenheit" e la scala stessa fu chiamata "scala Fahrenheit".

30 anni dopo, l'astronomo svedese A. Celsius propose la propria scala di temperatura, in cui i punti principali erano la temperatura di fusione del ghiaccio e dell'acqua. Questa scala era chiamata “scala Celsius” ed è ancora popolare nella maggior parte dei paesi del mondo, inclusa la Russia.

Nel 1802, mentre conduceva i suoi famosi esperimenti, lo scienziato francese J. Gay-Lussac scoprì che il volume di un gas a pressione costante dipende direttamente dalla temperatura. Ma la cosa più curiosa è che quando la temperatura cambia di 10 gradi Celsius, il volume del gas aumenta o diminuisce della stessa quantità. Fatti i calcoli necessari, Gay-Lussac trovò che questo valore era pari a 1/273 del volume del gas alla temperatura di 0°C.

Questa legge porta alla conclusione ovvia: una temperatura pari a -273°C è la temperatura più bassa, anche se ci si avvicina ad essa è impossibile raggiungerla. È questa temperatura che viene chiamata “temperatura zero assoluto”.

Inoltre, lo zero assoluto divenne il punto di partenza per la creazione della scala della temperatura assoluta, alla quale prese parte attiva il fisico inglese W. Thomson, noto anche come Lord Kelvin.

La sua ricerca principale riguardava la dimostrazione che nessun corpo in natura può essere raffreddato al di sotto dello zero assoluto. Allo stesso tempo, utilizzò attivamente la seconda; pertanto, la scala di temperatura assoluta da lui introdotta nel 1848 cominciò a essere chiamata termodinamica o “scala Kelvin”.

Negli anni e decenni successivi si ebbe solo una chiarificazione numerica del concetto di “zero assoluto”, che, dopo numerosi accordi, cominciò ad essere considerato pari a -273.150C.

Vale anche la pena notare che lo zero assoluto gioca un ruolo molto importante in Il punto è che nel 1960, alla successiva Conferenza generale sui pesi e le misure, l'unità di temperatura termodinamica - il kelvin - divenne una delle sei unità di misura fondamentali. . Allo stesso tempo, è stato appositamente stabilito che un grado Kelvin è numericamente uguale a uno, ma il punto di riferimento "secondo Kelvin" è solitamente considerato lo zero assoluto, cioè -273.150C.

Il significato fisico principale dello zero assoluto è che, secondo le leggi fisiche fondamentali, a tale temperatura l'energia di movimento delle particelle elementari, come atomi e molecole, è zero, e in questo caso qualsiasi movimento caotico di queste stesse particelle dovrebbe cessare. Ad una temperatura pari allo zero assoluto, atomi e molecole devono assumere una posizione netta nei punti principali del reticolo cristallino, formando un sistema ordinato.

Oggi, utilizzando apparecchiature speciali, gli scienziati sono riusciti a ottenere temperature che sono solo poche parti per milione superiori allo zero assoluto. È fisicamente impossibile raggiungere questo valore a causa della seconda legge della termodinamica sopra descritta.

Temperatura zero assoluto

Temperatura zero assoluto(meno spesso - temperatura zero assoluto) - il limite minimo di temperatura che può avere un corpo fisico nell'Universo. Lo zero assoluto funge da origine di una scala di temperatura assoluta, come la scala Kelvin. Nel 1954, la X Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure stabilì una scala di temperatura termodinamica con un punto di riferimento: il punto triplo dell'acqua, la cui temperatura fu considerata 273,16 K (esatta), che corrisponde a 0,01 °C, in modo che sulla scala Celsius la temperatura corrisponde allo zero assoluto −273,15 °C.

Fenomeni osservati prossimi allo zero assoluto

A temperature prossime allo zero assoluto si possono osservare a livello macroscopico effetti puramente quantistici, come:

Appunti

Letteratura

• G. Burmin. Assalto allo zero assoluto. - M.: “Letteratura per ragazzi”, 1983

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Lo zero assoluto corrisponde ad una temperatura di -273,15 °C.

Si ritiene che lo zero assoluto sia irraggiungibile nella pratica. La sua esistenza e posizione sulla scala della temperatura deriva dall'estrapolazione dei fenomeni fisici osservati, e tale estrapolazione mostra che allo zero assoluto l'energia del movimento termico delle molecole e degli atomi di una sostanza dovrebbe essere uguale a zero, cioè il movimento caotico delle particelle si ferma e formano una struttura ordinata, occupando una posizione chiara nei nodi del reticolo cristallino. Tuttavia, anche a temperatura zero assoluta, rimarranno i movimenti regolari delle particelle che compongono la materia. Le restanti oscillazioni, come le oscillazioni del punto zero, sono dovute alle proprietà quantistiche delle particelle e al vuoto fisico che le circonda.

Attualmente nei laboratori fisici è possibile ottenere temperature superiori allo zero assoluto solo di pochi milionesimi di grado; raggiungerlo da solo, secondo le leggi della termodinamica, è impossibile.

Appunti

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Si ritiene che lo zero assoluto sia irraggiungibile nella pratica. La sua esistenza e posizione sulla scala della temperatura deriva dall'estrapolazione dei fenomeni fisici osservati, e tale estrapolazione mostra che allo zero assoluto l'energia del movimento termico delle molecole e degli atomi di una sostanza dovrebbe essere uguale a zero, cioè il movimento caotico delle particelle si ferma e formano una struttura ordinata, occupando una posizione chiara nei nodi del reticolo cristallino. Tuttavia, anche a temperatura zero assoluta, rimarranno i movimenti regolari delle particelle che compongono la materia. Le restanti oscillazioni, come le oscillazioni del punto zero, sono dovute alle proprietà quantistiche delle particelle e al vuoto fisico che le circonda.

Attualmente nei laboratori fisici è possibile ottenere temperature superiori allo zero assoluto solo di pochi milionesimi di grado; raggiungerlo da solo, secondo le leggi della termodinamica, è impossibile.

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