Zero Assoluto. Temperatura zero assoluto

Hai mai pensato a quanto può essere bassa la temperatura? Cos'è lo zero assoluto? L’umanità sarà mai in grado di realizzarlo e quali opportunità si apriranno dopo una tale scoperta? Queste e altre domande simili occupano da tempo le menti di molti fisici e semplicemente di persone curiose.

Cos'è lo zero assoluto

Anche se fin da bambino non ti piaceva la fisica, probabilmente hai familiarità con il concetto di temperatura. Grazie alla teoria della cinetica molecolare, ora sappiamo che esiste una certa connessione statica tra esso e i movimenti delle molecole e degli atomi: maggiore è la temperatura di un corpo fisico, più velocemente si muovono i suoi atomi, e viceversa. Sorge la domanda: "Esiste un limite così basso al quale le particelle elementari si congelano sul posto?" Gli scienziati ritengono che ciò sia teoricamente possibile; il termometro sarà a -273,15 gradi Celsius; Questo valore è chiamato zero assoluto. In altre parole, questo è il limite minimo possibile al quale un corpo fisico può essere raffreddato. Esiste anche una scala di temperatura assoluta (scala Kelvin), in cui lo zero assoluto è il punto di riferimento e la divisione unitaria della scala è pari a un grado. Gli scienziati di tutto il mondo non smettono di lavorare per raggiungere questo valore, poiché ciò promette enormi prospettive per l’umanità.

Perché è così importante?

Le temperature estremamente basse ed estremamente elevate sono strettamente correlate ai concetti di superfluidità e superconduttività. La scomparsa della resistenza elettrica nei superconduttori consentirà di raggiungere valori di efficienza inimmaginabili ed eliminare eventuali perdite di energia. Se potessimo trovare un modo che ci permettesse di raggiungere liberamente il valore dello “zero assoluto”, molti dei problemi dell’umanità sarebbero risolti. Treni sospesi sopra le rotaie, motori più leggeri e più piccoli, trasformatori e generatori, magnetoencefalografia ad alta precisione, orologi ad alta precisione: questi sono solo alcuni esempi di ciò che la superconduttività può portare nelle nostre vite.

Ultimi progressi scientifici

Nel settembre 2003, i ricercatori del MIT e della NASA sono riusciti a raffreddare il gas di sodio ad un livello record. Durante l'esperimento, mancavano solo mezzo miliardesimo di grado al traguardo (zero assoluto). Durante i test, il sodio si trovava costantemente in un campo magnetico, che gli impediva di toccare le pareti del contenitore. Se fosse possibile superare la barriera termica, il movimento molecolare nel gas si fermerebbe completamente, perché tale raffreddamento estrarrebbe tutta l'energia dal sodio. I ricercatori hanno utilizzato una tecnica il cui autore (Wolfgang Ketterle) ha ricevuto il Premio Nobel per la fisica nel 2001. Il punto chiave dei test erano i processi del gas della condensazione di Bose-Einstein. Intanto nessuno ha ancora cancellato la terza legge della termodinamica, secondo la quale lo zero assoluto non è solo un valore insormontabile, ma anche irraggiungibile. Inoltre, si applica il principio di indeterminazione di Heisenberg e gli atomi semplicemente non possono fermarsi di colpo nel loro percorso. Pertanto, per ora, la temperatura dello zero assoluto rimane irraggiungibile per la scienza, sebbene gli scienziati siano riusciti ad avvicinarla a una distanza trascurabile.

Temperatura zero assoluto

Si assume la temperatura limite alla quale il volume di un gas ideale diventa uguale a zero temperatura zero assoluto.

Troviamo il valore dello zero assoluto sulla scala Celsius.
Equiparare il volume V nella formula (3.1) zero e tenendo conto di ciò

.

Quindi la temperatura zero assoluta è

T= –273°C. 2

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.

Le temperature più alte sulla Terra – centinaia di milioni di gradi – si ottengono durante le esplosioni di bombe termonucleari. Temperature ancora più elevate sono tipiche delle regioni interne di alcune stelle.

2Valore più accurato dello zero assoluto: –273,15 °C.

Scala Kelvin

Lo ha introdotto lo scienziato inglese W. Kelvin scala assoluta temperature 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

T = t+ 273. (3.2)

Nella fig. 3.2 mostra la scala assoluta e la scala Celsius per il confronto.

Viene chiamata l'unità SI della temperatura assoluta Kelvin(abbreviato in K). Pertanto un grado della scala Celsius equivale ad un grado della scala Kelvin:

Pertanto la temperatura assoluta, secondo la definizione data dalla formula (3.2), è una grandezza derivata che dipende dalla temperatura Celsius e dal valore di a determinato sperimentalmente.

Lettore: Che significato fisico ha la temperatura assoluta?

Scriviamo l'espressione (3.1) nella forma

.

Considerando che la temperatura sulla scala Kelvin è correlata alla temperatura sulla scala Celsius dalla relazione T = t+ 273, otteniamo

Dove T 0 = 273 K, o

Poiché questa relazione è valida per temperature arbitrarie T, allora la legge di Gay-Lussac può essere formulata come segue:

Per una data massa di gas in p = cost, vale la seguente relazione:

Compito 3.1. A una temperatura T 1 = volume di gas 300 K V 1 = 5,0 l. Determinare il volume del gas alla stessa pressione e temperatura T= 400K.

FERMARE! Decidi tu stesso: A1, B6, C2.

Problema 3.2. Durante il riscaldamento isobarico, il volume dell'aria è aumentato dell'1%. Di quale percentuale è aumentata la temperatura assoluta?

= 0,01.

Risposta: 1 %.

Ricordiamo la formula risultante

FERMARE! Decidi tu stesso: A2, A3, B1, B5.

La legge di Carlo

Lo scienziato francese Charles ha stabilito sperimentalmente che se un gas viene riscaldato in modo che il suo volume rimanga costante, la pressione del gas aumenterà. La dipendenza della pressione dalla temperatura ha la forma:

R(T) = P 0 (1+b T), (3.6)

Dove R(T) – pressione alla temperatura T°C; R 0 – pressione a 0 °C; b è il coefficiente di temperatura della pressione, uguale per tutti i gas: 1/K.

Lettore: Sorprendentemente, il coefficiente di temperatura della pressione b è esattamente uguale al coefficiente di temperatura dell'espansione volumetrica a!

Prendiamo una certa massa di gas con un volume V 0 a temperatura T 0 e pressione R 0 . Per la prima volta, mantenendo costante la pressione del gas, lo riscaldiamo a una temperatura T 1 . Quindi il gas avrà un volume V 1 = V 0 (1 + a T) e pressione R 0 .

La seconda volta, mantenendo costante il volume del gas, lo riscaldiamo alla stessa temperatura T 1 . Quindi il gas avrà pressione R 1 = R 0 (1+b T) e volume V 0 .

Poiché in entrambi i casi la temperatura del gas è la stessa, vale la legge di Boyle-Mariotte:

P 0 V 1 = P 1 V 0 Þ R 0 V 0 (1 + a T) = R 0 (1+b T)V 0 Þ

Þ 1 + a t = 1 + b TÞ a = b.

Quindi non sorprende che a = b, no!

Riscriviamo la legge di Charles nella forma

.

Considerando che T = T°С + 273 °С, T 0 = 273 °C, otteniamo

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

Letteratura

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

Guarda anche

Fondazione Wikimedia. 2010.

Scopri cos'è lo "zero assoluto" in altri dizionari:

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Sostantivo, numero di sinonimi: 15 zero tondo (8) piccolo uomo (32) piccolo avannotto ... Dizionario dei sinonimi

La temperatura estremamente bassa alla quale si arresta il movimento termico delle molecole. La pressione ed il volume di un gas ideale, secondo la legge di Boyle-Mariotte, diventano pari a zero, e l'inizio della temperatura assoluta sulla scala Kelvin viene considerato... ... Dizionario ecologico

zero Assoluto- - [A.S.Goldberg. Dizionario energetico inglese-russo. 2006] Temi energetici in generale EN punto zero... Guida del traduttore tecnico

L'inizio del riferimento assoluto della temperatura. Corrisponde a 273,16° C. Attualmente nei laboratori fisici è stato possibile ottenere una temperatura superiore allo zero assoluto solo di pochi milionesimi di grado, e raggiungerla, secondo le leggi... ... Enciclopedia di Collier

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Dove pensi che sia il posto più freddo del nostro Universo? Oggi questa è la Terra. Ad esempio, la temperatura superficiale della Luna è di -227 gradi Celsius, e la temperatura del vuoto che ci circonda è di 265 gradi sotto zero. Tuttavia, in un laboratorio sulla Terra, una persona può raggiungere temperature molto più basse per studiare le proprietà dei materiali a temperature ultra-basse. I materiali, i singoli atomi e persino la luce, sottoposti a un raffreddamento estremo, iniziano a mostrare proprietà insolite.

Il primo esperimento di questo tipo fu condotto all'inizio del XX secolo da fisici che studiarono le proprietà elettriche del mercurio a temperature ultra-basse. A -262 gradi Celsius, il mercurio inizia a mostrare proprietà superconduttrici, riducendo la resistenza alla corrente elettrica quasi a zero. Ulteriori esperimenti hanno rivelato anche altre proprietà interessanti dei materiali raffreddati, inclusa la superfluidità, che si esprime nella “fuoriuscita” di materia attraverso partizioni solide e da contenitori chiusi.

La scienza ha determinato la temperatura più bassa raggiungibile: meno 273,15 gradi Celsius, ma praticamente tale temperatura è irraggiungibile. In pratica la temperatura è una misura approssimativa dell'energia contenuta in un oggetto, quindi lo zero assoluto indica che il corpo non emette nulla e da quell'oggetto non si può estrarre energia. Ma nonostante ciò, gli scienziati stanno cercando di avvicinarsi il più possibile alla temperatura dello zero assoluto; il record attuale è stato stabilito nel 2003 nel laboratorio del Massachusetts Institute of Technology; Gli scienziati erano a soli 810 milionesimi di grado dallo zero assoluto. Hanno raffreddato una nuvola di atomi di sodio tenuti in posizione da un potente campo magnetico.

Sembrerebbe: qual è il significato pratico di tali esperimenti? Si scopre che i ricercatori sono interessati a un concetto come il condensato di Bose-Einstein, che è uno stato speciale della materia: non un gas, un solido o un liquido, ma semplicemente una nuvola di atomi con lo stesso stato quantico. Questa forma della sostanza fu prevista da Einstein e dal fisico indiano Satyendra Bose nel 1925 e fu ottenuta solo 70 anni dopo. Uno degli scienziati che hanno raggiunto questo stato della materia è Wolfgang Ketterle, che ha ricevuto il Premio Nobel per la fisica per la sua scoperta.

Una delle proprietà notevoli dei condensati di Bose-Einstein (BEC) è la capacità di controllare il movimento dei raggi luminosi. Nel vuoto la luce viaggia alla velocità di 300.000 km al secondo, e questa è la velocità massima raggiungibile nell'Universo. Ma la luce può viaggiare più lentamente se viaggia attraverso la materia anziché nel vuoto. Con l'aiuto di KBE, puoi rallentare il movimento della luce a basse velocità e persino fermarlo. A causa della temperatura e della densità della condensa, l'emissione della luce viene rallentata e può essere “catturata” e convertita direttamente in corrente elettrica. Questa corrente può essere trasferita ad un'altra nuvola CBE e riconvertita in radiazione luminosa. Questa capacità è molto richiesta nel settore delle telecomunicazioni e dell'informatica. Qui non capisco un po': dopo tutto, esistono GIÀ dispositivi che convertono le onde luminose in elettricità e viceversa... Apparentemente, l'uso di CBE consente di eseguire questa conversione in modo più rapido e accurato.

Uno dei motivi per cui gli scienziati sono così ansiosi di ottenere lo zero assoluto è un tentativo di capire cosa sta succedendo ed è successo al nostro Universo, quali leggi termodinamiche si applicano in esso. Allo stesso tempo, i ricercatori capiscono che estrarre tutta l'energia fino all'ultimo da un atomo è praticamente irraggiungibile.

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.

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Letteratura

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

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ZERO ASSOLUTO, la temperatura alla quale tutti i componenti del sistema hanno la minima quantità di energia consentita dalle leggi della MECCANICA QUANTISTICA; zero sulla scala della temperatura Kelvin, o 273,15°C (459,67° Fahrenheit). A questa temperatura... Dizionario enciclopedico scientifico e tecnico

La temperatura è il limite minimo di temperatura che un corpo fisico può avere. Lo zero assoluto funge da punto di partenza per una scala di temperatura assoluta, come la scala Kelvin. Sulla scala Celsius, lo zero assoluto corrisponde ad una temperatura di −273... Wikipedia

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La temperatura zero assoluta è la temperatura limite minima che un corpo fisico può avere. Lo zero assoluto funge da punto di partenza per una scala di temperatura assoluta, come la scala Kelvin. Sulla scala Celsius, lo zero assoluto corrisponde a... ... Wikipedia

Razg. Trascurare Una persona insignificante, insignificante. FSRY, 288; BTS, 24 anni; ZS 1996, 33 ...

zero- zero Assoluto … Dizionario degli idiomi russi

Zero e zero sostantivo, m., usato. confrontare spesso Morfologia: (no) cosa? zero e zero, perché? zero e zero, (vedi) cosa? zero e zero, cosa? zero e zero, che ne dici? circa zero, zero; per favore Che cosa? zeri e zeri, (no) cosa? zeri e zeri, perché? zeri e zeri, (vedo)… … Dizionario esplicativo di Dmitriev

Zero assoluto (zero). Razg. Trascurare Una persona insignificante, insignificante. FSRY, 288; BTS, 24 anni; ZS 1996, 33 V zero. 1. Jarg. dicono Scherzando. ferro. A proposito di grave intossicazione. Yuganov, 471; Vakhitov 2003, 22. 2. Zharg. musica Esatto, in pieno accordo con... ... Ampio dizionario di detti russi

assoluto- assurdità assoluta, autorità assoluta, impeccabilità assoluta, disordine assoluto, finzione assoluta, immunità assoluta, leader assoluto, minimo assoluto, monarca assoluto, moralità assoluta, zero assoluto… … Dizionario degli idiomi russi

Libri

• Zero assoluto, Pavel assoluto. La vita di tutte le creazioni dello scienziato pazzo della razza Nes è molto breve. Ma il prossimo esperimento ha la possibilità di esistere. Cosa lo aspetta?...