Mutlak sıfır sıcaklıklar

Mutlak sıfır sıcaklık- bu, olabilecek minimum sıcaklık sınırıdır fiziksel beden. Mutlak sıfır, Kelvin ölçeği gibi mutlak bir sıcaklık ölçeğinin kökeni görevi görür. Santigrat ölçeğinde mutlak sıfır, -273,15 °C sıcaklığa karşılık gelir.

Buna inanılıyor tamamen sıfır pratikte ulaşılamaz. Sıcaklık ölçeğindeki varlığı ve konumu, gözlemlenen fiziksel olayların ekstrapolasyonundan kaynaklanır ve bu tür bir ekstrapolasyon, mutlak sıfırda, bir maddenin moleküllerinin ve atomlarının termal hareketinin enerjisinin, yani parçacıkların kaotik hareketinin sıfıra eşit olması gerektiğini gösterir. durur ve kristal kafesin düğümlerinde açık bir konum işgal ederek düzenli bir yapı oluştururlar. Ancak gerçekte mutlak sıfır sıcaklıkta bile maddeyi oluşturan parçacıkların düzenli hareketleri devam edecektir. Sıfır noktası salınımları gibi geri kalan salınımlar, parçacıkların kuantum özelliklerinden ve onları çevreleyen fiziksel boşluktan kaynaklanmaktadır.

Şu anda, fiziksel laboratuvarlarda mutlak sıfırı derecenin yalnızca birkaç milyonda biri kadar aşan sıcaklıkları elde etmek mümkün olmuştur; termodinamik yasalarına göre bunu başarmak imkansızdır.

Notlar

Edebiyat

• G. Burmin. Mutlak sıfıra saldırı. - M.: “Çocuk Edebiyatı”, 1983.

Ayrıca bakınız

Wikimedia Vakfı. 2010.

• Mutlak sıfır sıcaklık
• Mutlak sıfır sıcaklık

Diğer sözlüklerde “Mutlak sıfır sıcaklık” ın ne olduğuna bakın:

Mutlak sıfır sıcaklık- Mutlak sıfır sıcaklığı, bir fiziksel bedenin sahip olabileceği minimum sıcaklık sınırıdır. Mutlak sıfır, Kelvin ölçeği gibi mutlak bir sıcaklık ölçeği için başlangıç ​​noktası görevi görür. Santigrat ölçeğinde mutlak sıfır şuna karşılık gelir: ... Vikipedi

TAMAMEN SIFIR- MUTLAK SIFIR, sistemin tüm bileşenlerinin sahip olduğu sıcaklık en az miktar KUANTUM MEKANİĞİ yasalarına göre izin verilen enerji; Kelvin sıcaklık ölçeğinde sıfır veya 273,15°C (459,67° Fahrenheit). Bu sıcaklıkta... Bilimsel ve teknik ansiklopedik sözlük

Mutlak sıcaklık ölçeği

Mutlak termodinamik sıcaklık- Atom ve molekül gibi gaz parçacıklarının düzlemindeki kaotik termal hareket Sıcaklığın iki tanımı vardır. Biri moleküler kinetik açıdan, diğeri termodinamik açıdan. Sıcaklık (Latince temperatura'dan uygun ... ... Wikipedia

Mutlak sıcaklık ölçeği- Atom ve molekül gibi gaz parçacıklarının düzlemindeki kaotik termal hareket Sıcaklığın iki tanımı vardır. Biri moleküler kinetik açıdan, diğeri termodinamik açıdan. Sıcaklık (Latince temperatura'dan uygun ... ... Wikipedia

Mutlak sıfır – referans noktası mutlak sıcaklık, rapora suyun üçlü noktasının (üç fazın denge noktası - buz, su ve su buharı) 273,16 K altından başlayarak; Mutlak sıfırda moleküllerin hareketi durur ve “sıfır” hareket durumundadırlar. Veya: en çok düşük sıcaklık maddenin termal enerji içermediği.

Tamamen sıfır Başlangıç mutlak sıcaklık okuması. –273,16 °C'ye karşılık gelir. Şu anda fiziksel laboratuvarlarda mutlak sıfırı derecenin yalnızca birkaç milyonda biri kadar aşan bir sıcaklık elde etmek mümkün olmuştur, ancak termodinamik yasalarına göre bunu başarmak imkansızdır. Mutlak sıfırda, sistem mümkün olan en düşük enerjiye sahip bir durumda olacaktır (bu durumda atomlar ve moleküller "sıfır" titreşimler gerçekleştirecektir) ve sıfır entropiye (sıfır) sahip olacaktır. düzensizlik). İdeal bir gazın mutlak sıfır noktasındaki hacmi sıfıra eşit olmalıdır ve bu noktayı belirlemek için gerçek helyum gazının hacmi ölçülür. ardışık düşük basınçta (-268,9 ° C) sıvılaşana kadar sıcaklığın düşürülmesi ve sıvılaşma olmadığında gaz hacminin sıfır olacağı sıcaklığa ekstrapolasyon yapılması. Mutlak sıcaklık termodinamikölçek, K sembolüyle gösterilen kelvin cinsinden ölçülür. Mutlak termodinamikölçek ve Celsius ölçeği birbirlerinden basitçe dengelenmiştir ve K = °C + 273,16 ° oranıyla ilişkilidir.

Hikaye

"Sıcaklık" kelimesi, insanların daha fazla ısıtılmış cisimlerin daha az ısıtılmış cisimlerden daha fazla miktarda özel bir madde (kalori) içerdiğine inandıkları günlerde ortaya çıktı. Bu nedenle sıcaklık, vücut maddesi ve kalori karışımının gücü olarak algılanıyordu. Bu nedenle alkollü içeceklerin sertliği ve sıcaklığının ölçü birimlerine aynı derece denir.

Sıcaklık moleküllerin kinetik enerjisi olduğundan, onu enerji birimleriyle (yani SI sisteminde joule cinsinden) ölçmenin en doğal yol olduğu açıktır. Bununla birlikte, sıcaklık ölçümü moleküler kinetik teorinin yaratılmasından çok önce başladı, bu nedenle pratik ölçekler sıcaklığı geleneksel birimlerle (derece) ölçer.

Kelvin ölçeği

Termodinamik, sıcaklığın mutlak sıfırdan (bir cismin teorik olarak mümkün olan minimum iç enerjisine karşılık gelen durum) ölçüldüğü Kelvin ölçeğini kullanır ve bir kelvin, mutlak sıfırdan üçlü noktaya kadar olan mesafenin 1/273,16'sına eşittir. su (buz, su ve su çiftlerinin dengede olduğu durum). Kelvinleri enerji birimlerine dönüştürmek için Boltzmann sabiti kullanılır. Türetilmiş birimler de kullanılır: kilokelvin, megakelvin, millikelvin vb.

santigrat

Günlük yaşamda, 0'ın suyun donma noktası ve 100°'nin atmosferik basınçta suyun kaynama noktası olduğu Santigrat ölçeği kullanılır. Suyun donma ve kaynama noktaları iyi tanımlanmadığından Celsius ölçeği şu anda Kelvin ölçeği kullanılarak tanımlanmaktadır: Celsius derecesi bir kelvin'e eşittir, mutlak sıfır -273,15 °C olarak alınır. Santigrat ölçeği pratik olarak çok uygundur çünkü su gezegenimizde çok yaygındır ve yaşamımız ona dayanmaktadır. Sıfır Santigrat meteoroloji için özel bir noktadır çünkü atmosferik suyun donması her şeyi önemli ölçüde değiştirir.

Fahrenhayt

İngiltere'de ve özellikle ABD'de Fahrenheit ölçeği kullanılmaktadır. Bu ölçekte sıcaklığın kendisinden olan aralık 100 dereceye bölünür. soğuk kış Fahrenheit'in yaşadığı şehirde insan vücudunun sıcaklığına kadar. Sıfır santigrat derece 32 Fahrenheit derecedir ve bir Fahrenheit derece 5/9 santigrat dereceye eşittir.

Fahrenheit ölçeğinin güncel tanımı şu şekildedir: 1 derecenin (1 °F), atmosferik basınçta suyun kaynama noktası ile buzun erime sıcaklığı arasındaki farkın 1/180'ine eşit olduğu bir sıcaklık ölçeğidir ve buzun erime noktası +32 °F'dir. Fahrenheit ölçeğindeki sıcaklık, Santigrat ölçeğindeki (t °C) sıcaklıkla t °C = 5/9 (t °F – 32), 1 °F = 5/9 °C oranıyla ilişkilidir. 1724'te G. Fahrenheit tarafından önerildi.

Reaumur ölçeği

1730'da icat ettiği alkol termometresini tanımlayan R. A. Reaumur tarafından önerildi.

Birim Reaumur derecesidir (°R), 1 °R, referans noktaları arasındaki sıcaklık aralığının 1/80'ine eşittir - buzun erime sıcaklığı (0 °R) ve suyun kaynama noktası (80 °R)

1 °R = 1,25 °C.

Şu anda ölçek kullanım dışı kaldı; yazarın anavatanı olan Fransa'da en uzun süre hayatta kaldı.

Sıcaklık ölçeklerinin karşılaştırılması

Normal insan vücudu sıcaklığı 36,6 °C ±0,7 °C veya 98,2 °F ±1,3 °F'dir. Yaygın olarak alıntılanan 98,6 °F değeri, 19. yüzyıl Alman değeri olan 37 °C'nin Fahrenheit'ına tam olarak dönüştürülmesidir. Çünkü bu değer aralıkta değil normal sıcaklıkİle modern fikirler aşırı (yanlış) kesinlik içerdiğini söyleyebiliriz. Bu tablodaki bazı değerler yuvarlanmıştır.

Fahrenheit ve Santigrat ölçeklerinin karşılaştırılması

(ile ilgili– Fahrenheit ölçeği, oC– Santigrat ölçeği)

Santigrat dereceyi Kelvin'e dönüştürmek için aşağıdaki formülü kullanmalısınız: T=t+T 0 burada T kelvin cinsinden sıcaklıktır, t Celsius derece cinsinden sıcaklıktır, T 0 =273,15 kelvin. Santigrat derecenin boyutu kelvin'e eşittir.

Mutlak sıfır sıcaklık

İdeal bir gazın hacminin sıfıra eşit olduğu sınırlayıcı sıcaklık şu şekilde alınır: mutlak sıfır sıcaklık.

Celsius ölçeğinde mutlak sıfırın değerini bulalım.
Hacmin eşitlenmesi V formül (3.1)'de sıfır ve bunu dikkate alarak

.

Dolayısıyla mutlak sıfır sıcaklığı

T= –273 °C. 2

Bu, Lomonosov'un varlığını tahmin ettiği, doğadaki en aşırı, en düşük sıcaklık, "en büyük veya son derece soğuktur".

Dünyadaki en yüksek sıcaklıklar (yüz milyonlarca derece), termonükleer bombaların patlaması sırasında elde edilir. Daha yüksek sıcaklıklar bile tipiktir iç bölgeler bazı yıldızlar.

2Mutlak sıfırın daha doğru değeri: –273,15 °C.

Kelvin ölçeği

İngiliz bilim adamı W. Kelvin tanıttı mutlak ölçek sıcaklıklar Kelvin ölçeğinde sıfır sıcaklık mutlak sıfıra karşılık gelir ve bu ölçekteki sıcaklığın birimi Celsius ölçeğinde bir dereceye eşittir; dolayısıyla mutlak sıcaklık T formülle Santigrat ölçeğindeki sıcaklıkla ilgilidir

T = t + 273. (3.2)

İncirde. 3.2 karşılaştırma için mutlak ölçeği ve Santigrat ölçeğini gösterir.

Mutlak sıcaklığın SI birimine denir Kelvin(K olarak kısaltılmıştır). Bu nedenle Celsius ölçeğindeki bir derece, Kelvin ölçeğindeki bir dereceye eşittir:

Dolayısıyla, formül (3.2) ile verilen tanıma göre mutlak sıcaklık, Celsius sıcaklığına ve a'nın deneysel olarak belirlenen değerine bağlı olan türetilmiş bir miktardır.

Okuyucu: Mutlak sıcaklığın fiziksel anlamı nedir?

(3.1) ifadesini formda yazalım.

.

Kelvin ölçeğindeki sıcaklığın Celsius ölçeğindeki sıcaklıkla şu ilişkiyle ilişkili olduğunu düşünürsek: T = t + 273, şunu elde ederiz

Nerede T 0 = 273 K veya

Bu ilişki keyfi sıcaklık için geçerli olduğundan T O halde Gay-Lussac yasası şu şekilde formüle edilebilir:

p = const'taki belirli bir gaz kütlesi için aşağıdaki ilişki geçerlidir:

Görev 3.1. bir sıcaklıkta T 1 = 300 K gaz hacmi V 1 = 5,0 l. Aynı basınç ve sıcaklıkta gazın hacmini belirleyin T= 400 K.

DURMAK! Kendiniz karar verin: A1, B6, C2.

Sorun 3.2.İzobarik ısıtma sırasında havanın hacmi %1 arttı. Mutlak sıcaklık yüzde kaç arttı?

= 0,01.

Cevap: 1 %.

Ortaya çıkan formülü hatırlayalım

DURMAK! Kendiniz karar verin: A2, A3, B1, B5.

Charles Yasası

Fransız bilim adamı Charles deneysel olarak, bir gazın hacmi sabit kalacak şekilde ısıtılırsa gazın basıncının artacağını tespit etti. Basıncın sıcaklığa bağımlılığı şu şekildedir:

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

Nerede R(T) – sıcaklıktaki basınç T°C; R 0 – 0 °C'de basınç; b, tüm gazlar için aynı olan basınç sıcaklık katsayısıdır: 1/K.

Okuyucu:Şaşırtıcı bir şekilde, b basıncının sıcaklık katsayısı tam olarak şuna eşittir: sıcaklık katsayısı hacimsel genişleme a!

Hacmi belli olan bir gaz kütlesini ele alalım. V 0 sıcaklıkta T 0 ve basınç R 0. İlk defa, gaz basıncını sabit tutarak onu belirli bir sıcaklığa kadar ısıtıyoruz. T 1. O zaman gazın bir hacmi olacak V 1 = V 0 (1 + bir T) ve basınç R 0 .

İkinci kez gazın hacmini sabit tutarak onu aynı sıcaklığa ısıtıyoruz. T 1. O zaman gazın basıncı olacaktır R 1 = R 0 (1 + b T) ve hacim V 0 .

Her iki durumda da gaz sıcaklığı aynı olduğundan Boyle-Mariotte yasası geçerlidir:

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

1 + a t = 1 + b T a = b.

Dolayısıyla a = b olması şaşırtıcı değil, hayır!

Charles yasasını şu şekilde yeniden yazalım:

.

Hesaba katıldığında T = T°С + 273 °С, T 0 = 273 °C, şunu elde ederiz:

Mutlak sıfır nedir (genellikle sıfır)? Bu sıcaklık gerçekten evrenin herhangi bir yerinde var mı? Herhangi bir şeyi mutlak sıfıra kadar soğutabilir miyiz? gerçek hayat? Soğuk hava dalgasını yenmenin mümkün olup olmadığını merak ediyorsanız hadi soğuk havanın en uzak noktalarını keşfedelim...

Mutlak sıfır nedir (genellikle sıfır)? Bu sıcaklık gerçekten evrenin herhangi bir yerinde var mı? Gerçek hayatta her şeyi mutlak sıfıra kadar soğutabilir miyiz? Soğuk hava dalgasını yenmenin mümkün olup olmadığını merak ediyorsanız hadi soğuk havanın en uzak noktalarını keşfedelim...

Fizikçi olmasanız bile muhtemelen sıcaklık kavramına aşinasınızdır. Sıcaklık, bir malzemenin iç rastgele enerjisinin miktarının bir ölçüsüdür. "İç" kelimesi çok önemlidir. Bir kartopu atın ve ana hareket oldukça hızlı olmasına rağmen kartopu oldukça soğuk kalacaktır. Öte yandan, bir odanın içinde uçuşan hava moleküllerine baktığınızda, sıradan bir oksijen molekülünün saatte binlerce kilometre hızla kavrulduğunu görürsünüz.

Teknik detaylar söz konusu olduğunda sessiz kalma eğilimindeyiz, bu nedenle sadece uzmanlar için sıcaklığın söylediğimizden biraz daha karmaşık olduğunu belirtelim. Sıcaklığın gerçek tanımı, her bir entropi birimi (daha açık bir ifadeyle düzensizlik) için ne kadar enerji harcamanız gerektiğini içerir. Ancak incelikleri bir kenara bırakalım ve buzdaki rastgele hava veya su moleküllerinin sıcaklık düştükçe giderek daha yavaş hareket edeceği veya titreşeceği gerçeğine odaklanalım.

Mutlak sıfır, -273,15 santigrat derece, -459,67 Fahrenheit ve kısaca 0 Kelvin sıcaklığıdır. Burası termal hareketin tamamen durduğu noktadır.

Her şey durur mu?

Konunun klasik değerlendirmesinde her şey mutlak sıfırda durur, ancak tam da bu anda kuantum mekaniğinin korkunç yüzü köşeden dışarı bakmaktadır. Kuantum mekaniğinin birkaç fizikçinin kanını bozan tahminlerinden biri, bir parçacığın tam konumunu veya momentumunu asla mükemmel bir kesinlikle ölçemeyeceğinizdir. Bu, Heisenberg'in belirsizlik ilkesi olarak bilinir.

Kapalı bir odayı mutlak sıfıra kadar soğutabilseydiniz, tuhaf şeyler olurdu (bu konuya daha sonra değineceğim). Hava basıncı neredeyse sıfıra düşecek ve hava basıncı genellikle yer çekimine karşı çıktığı için hava zeminde çok ince bir tabaka halinde çökecektir.

Ama yine de, eğer molekülleri tek tek ölçebiliyorsanız, ilginç bir şey bulacaksınız: titreşiyorlar ve dönüyorlar, sadece küçük bir kuantum belirsizliği iş başında. İ'leri noktalamak için: moleküllerin dönüşünü ölçerseniz karbon dioksit Mutlak sıfırda, oksijen atomlarının karbonun etrafında saatte birkaç kilometre hızla, düşündüğünüzden çok daha hızlı uçtuğunu göreceksiniz.

Konuşma çıkmaza giriyor. Kuantum dünyasından bahsettiğimizde hareket anlamını yitiriyor. Bu ölçeklerde her şey belirsizlikle tanımlanır, yani parçacıklar durağan değildir; sadece onları asla durağanmış gibi ölçemezsiniz.

Ne kadar aşağıya inebilirsin?

Mutlak sıfıra ulaşma çabası, temelde ışık hızına ulaşma çabasıyla aynı sorunlarla karşı karşıyadır. Işık hızına ulaşmak sonsuz miktarda enerji gerektirir; mutlak sıfıra ulaşmak ise sonsuz miktarda ısının çekilmesini gerektirir. Bu süreçlerin her ikisi de imkansızdır.

Gerçek mutlak sıfır durumuna henüz ulaşmamış olmamıza rağmen, buna çok yakınız (gerçi bu durumda "çok" çok gevşek bir kavramdır; bir çocuk şarkısı gibi: iki, üç, dört, dört ve a yarısı, dördü bir ipte, dördü bir kıl genişliğinde, beş). Dünya üzerinde kaydedilen en soğuk sıcaklık 1983 yılında -89,15 santigrat derece (184K) ile Antarktika'da kaydedildi.

Tabii çocukça serinlemek istiyorsanız uzayın derinliklerine dalmanız gerekiyor. Tüm evren, uzayın en boş bölgelerinde, Büyük Patlama'dan gelen radyasyonun kalıntılarıyla yıkanıyor - 2,73 derece Kelvin, bu, bir yüzyıl önce Dünya'da elde edebildiğimiz sıvı helyumun sıcaklığından biraz daha soğuk.

Ancak düşük sıcaklık fizikçileri, teknolojiyi tamamen yeni bir seviyeye taşımak için donma ışınlarını kullanıyor. Donma ışınlarının lazer şeklini aldığını bilmek sizi şaşırtabilir. Ama nasıl? Lazerlerin yanması gerekiyor.

Her şey doğrudur, ancak lazerlerin bir özelliği vardır; hatta nihai olduğu bile söylenebilir: tüm ışık tek bir frekansta yayılır. Sıradan nötr atomlar, frekans tam olarak ayarlanmadıkça ışıkla hiçbir şekilde etkileşime girmez. Bir atom bir ışık kaynağına doğru uçarsa ışık bir Doppler kayması alır ve daha yüksek bir frekansa ulaşır. Atom, alabileceğinden daha az foton enerjisi emer. Yani lazeri daha düşük bir seviyeye ayarlarsanız, hızlı hareket eden atomlar ışığı emecek ve rastgele bir yönde bir foton yayarak ortalama olarak bir miktar enerji kaybedeceklerdir. İşlemi tekrarlarsanız, gazı bir nanoKelvin'den (derecenin milyarda biri) daha düşük bir sıcaklığa kadar soğutabilirsiniz.

Her şey daha aşırı bir tona bürünüyor. En düşük sıcaklık için dünya rekoru mutlak sıfırın üzerinde bir milyar derecenin onda birinden azdır. Bunu başaran cihazlar atomları manyetik alanlarda hapseder. “Sıcaklık” atomların kendisine değil, atom çekirdeğinin dönüşüne bağlıdır.

Şimdi adaleti yeniden tesis etmek için biraz yaratıcı olmamız gerekiyor. Genellikle bir şeyin derecenin milyarda biri kadar donmuş olduğunu hayal ettiğimizde, muhtemelen hava moleküllerinin bile olduğu yerde donduğunu görürsünüz. Hatta atomların arkasını donduran yıkıcı bir kıyamet cihazının hayal edilmesi bile mümkün.

Sonuçta, gerçekten düşük sıcaklıklar yaşamak istiyorsanız tek yapmanız gereken beklemek. Yaklaşık 17 milyar yıl sonra Evrendeki arka plan radyasyonu 1K'ya kadar soğuyacak. 95 milyar yıl sonra sıcaklık yaklaşık 0,01K olacak. 400 milyar yıl sonra derin uzay, Dünya'daki en soğuk deney kadar soğuk olacak, hatta bundan sonra daha da soğuk olacak.

Evrenin neden bu kadar hızlı soğuduğunu merak ediyorsanız eski dostlarımıza teşekkür edin: entropi ve karanlık enerji. Evren hızlanma modundadır ve sonsuza kadar sürecek bir üstel büyüme dönemine girmektedir. Her şey çok çabuk donacak.

Ne umurumuzda?

Bütün bunlar elbette harika, rekor kırmak da güzel. Ama amaç ne? Düşük sıcaklıkları anlamak için pek çok iyi neden var, hem de sadece kazanan olarak değil.

Örneğin NIST'teki iyi insanlar şunu yapmak ister: harika izle. Zaman standartları sezyum atomunun frekansı gibi şeylere dayanmaktadır. Sezyum atomunun çok fazla hareket etmesi ölçümlerde belirsizlik yaratacak ve sonuçta saatin arızalanmasına neden olacaktır.

Ancak daha da önemlisi, özellikle bilimsel açıdan bakıldığında, malzemeler son derece düşük sıcaklıklarda çılgınca davranıyor. Örneğin, bir lazerin birbiriyle senkronize olan (aynı frekans ve fazda) fotonlardan oluşması gibi, Bose-Einstein yoğunlaşması olarak bilinen bir malzeme de oluşturulabilir. İçinde tüm atomlar aynı durumdadır. Veya her atomun bireyselliğini kaybettiği ve tüm kütlenin tek bir sıfır-süper atom gibi tepki verdiği bir karışım hayal edin.

Çok düşük sıcaklıklarda birçok malzeme süperakışkan hale gelir; bu da onların hiçbir viskoziteye sahip olamayacakları, ultra ince katmanlar halinde istiflenebilecekleri ve hatta minimum enerji elde etmek için yer çekimine meydan okuyabilecekleri anlamına gelir. Ayrıca düşük sıcaklıklarda birçok malzeme süperiletken hale gelir, bu da elektriksel direncin olmadığı anlamına gelir.

Süperiletkenler, metalin içindeki dış manyetik alanları tamamen ortadan kaldıracak şekilde tepki verebilmektedir. Sonuç olarak, soğuk sıcaklığı ve mıknatısı birleştirip havaya yükselme gibi bir şey elde edebilirsiniz.

Neden mutlak sıfır var ama mutlak maksimum yok?

Diğer uç noktaya bakalım. Eğer sıcaklık sadece bir enerji ölçüsü ise, o zaman atomların ışık hızına giderek yaklaştığını hayal edebiliriz. Bu sonsuza kadar devam edemez değil mi?

Kısa cevap: bilmiyoruz. Kelimenin tam anlamıyla sonsuz sıcaklık diye bir şeyin var olması mümkündür, ancak mutlak bir sınır varsa, genç evren bunun ne olduğuna dair oldukça ilginç ipuçları sağlar. En çok sıcaklık(en azından bizim evrenimizde) var olan bu olay muhtemelen “Planck zamanı” olarak adlandırılan zamanda meydana geldi.

Büyük Patlama'dan 10^-43 saniye sonra, yerçekiminin kuantum mekaniğinden ayrıldığı ve fiziğin tam olarak şimdiki haline geldiği an oldu. O zamanki sıcaklık yaklaşık 10^32 K idi. Bu, Güneşimizin iç kısmından septilyon kat daha sıcaktır.

Bir kez daha bunun olabilecek en yüksek sıcaklık olup olmadığından emin değiliz. Planck'ın zamanında elimizde evrenin büyük bir modeli bile olmadığından, evrenin bu duruma geldiğinden bile emin değiliz. Her durumda, mutlak sıfıra mutlak ısıdan çok daha yakınız.

Sıcaklık ölçeğinin ana noktaları olarak buzun erimesi ve suyun kaynama noktalarının seçimi tamamen keyfidir. Bu şekilde elde edilen sıcaklık ölçeğinin teorik çalışmalara sakıncalı olduğu ortaya çıktı.

Kelvin, termodinamik yasalarına dayanarak, termometrik cismin doğasından veya seçilen termometrik parametreden tamamen bağımsız olarak, mutlak sıcaklık ölçeği (şu anda termodinamik sıcaklık ölçeği veya Kelvin ölçeği olarak adlandırılmaktadır) olarak adlandırılan ölçeği oluşturmayı başardı. Ancak böyle bir ölçeğin oluşturulması ilkesi okul müfredatının ötesine geçmektedir. Bu konuyu başka değerlendirmeleri kullanarak ele alacağız.

Formül (2) iki anlama gelir olası yollar Sıcaklık ölçeğinin oluşturulması: Sabit bir hacimde belirli bir miktar gazın basıncındaki bir değişikliğin veya sabit bir basınçta hacimdeki bir değişikliğin kullanılması. Bu ölçeğe denir ideal gaz sıcaklık ölçeği.

Eşitlik (2) ile belirlenen sıcaklığa denir mutlak sıcaklık. Mutlak sıcaklık Τ negatif olamaz, çünkü eşitliğin sol tarafında açıkça pozitif nicelikler vardır (2) (daha doğrusu farklı işaretlere sahip olamaz; pozitif veya negatif olabilir. Bu, sabitin işaretinin seçimine bağlıdır) k. Üçlü noktanın sıcaklığının pozitif kabul edilmesi gerektiği konusunda anlaşmaya varıldığı için mutlak sıcaklık yalnızca pozitif olabilir). Bu nedenle en az olası anlam sıcaklık T= 0, basınç veya hacmin sıfır olduğu sıcaklıktır.

İdeal bir gazın basıncının sabit bir hacimde kaybolduğu veya ideal bir gazın hacminin sabit bir basınçta sıfıra yaklaştığı (yani gazın bir "nokta" halinde sıkıştırılması gerektiği) sınırlayıcı sıcaklığa denir. tamamen sıfır. Bu doğadaki en düşük sıcaklıktır.

Eşitlik (3)'ten, \(~\mathcal h W_K \mathcal i = \frac(m_0 \mathcal h \upsilon^2 \mathcal i)(2)\) dikkate alındığında mutlak sıfırın fiziksel anlamı şöyle olur: mutlak sıfır - moleküllerin termal öteleme hareketinin durması gereken sıcaklık. Mutlak sıfıra ulaşılamaz.

Uluslararası Birim Sistemi (SI) mutlak bir termodinamik sıcaklık ölçeği kullanır. Bu ölçekte mutlak sıfır sıfır sıcaklık olarak alınır. İkinci referans noktası su, buz ve doymuş buharın dinamik dengede olduğu sıcaklıktır; üçlü nokta olarak adlandırılır (Celsius ölçeğinde üçlü noktanın sıcaklığı 0,01 °C'dir). Kelvin (1 K ile sembolize edilir) adı verilen mutlak sıcaklığın her birimi, bir Santigrat derecesine eşittir.

Bir gaz termometresinin şişesini eriyen buza ve ardından normal atmosfer basıncındaki kaynar suya daldırarak, ikinci durumdaki gaz basıncının ilkinden 1,3661 kat daha yüksek olduğunu buldular. Bunu hesaba katarak ve formül (2)'yi kullanarak buzun erime sıcaklığının şu olduğunu belirleyebiliriz: T 0 = 273,15 K.

Aslında sıcaklık için denklem (2)'yi yazalım. T 0 buz erime ve su kaynama sıcaklığı ( T 0 + 100):

\(~\frac(p_1V)(N) = kT_0 ;\) \(~\frac(p_2V)(N) = k(T_0 + 100) .\)

İkinci denklemi birinciye bölerek şunu elde ederiz:

\(~\frac(p_2)(p_1) = \frac(T_0 + 100)(T_0) .\)

\(~T_0 = \frac(100)(\frac(p_2)(p_1) - 1) = \frac(100)(1.3661 - 1) = 273,15 K.\)

Şekil 2 Celsius ölçeğinin ve termodinamik ölçeğin şematik diyagramını göstermektedir.