Absolute Nulltemperatur

Absolute Nulltemperatur(weniger oft - absolute Nulltemperatur) – die minimale Temperaturgrenze, die ein physischer Körper im Universum haben kann. Der absolute Nullpunkt dient als Ursprung einer absoluten Temperaturskala, beispielsweise der Kelvin-Skala. Im Jahr 1954 erstellte die Auf der Celsius-Skala entspricht die Temperatur dem absoluten Nullpunkt −273,15 °C.

Phänomene nahe dem absoluten Nullpunkt beobachtet

Bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt können auf makroskopischer Ebene reine Quanteneffekte beobachtet werden, wie zum Beispiel:

Anmerkungen

Literatur

• G. Burmin. Angriff auf den absoluten Nullpunkt. - M.: „Kinderliteratur“, 1983

siehe auch

Wikimedia-Stiftung.

• 2010.
• Göring

Kshapanaka

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Die Anfänge der modernen Naturwissenschaft- extrem niedrige Temperatur, bei dem die thermische Bewegung der Moleküle aufhört. Der Druck und das Volumen eines idealen Gases werden nach dem Boyle-Mariotte-Gesetz gleich Null, und der Beginn der absoluten Temperatur auf der Kelvin-Skala wird angenommen als... ... Ökologisches Wörterbuch

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ABSOLUTER NULLPUNKT

ABSOLUTER NULLPUNKT, die Temperatur, bei der alle Komponenten des Systems die geringste Energiemenge haben, die nach den Gesetzen der Quantenmechanik zulässig ist; Null auf der Kelvin-Temperaturskala oder -273,15°C (-459,67° Fahrenheit). Bei dieser Temperatur ist die Entropie des Systems die zur Vervollständigung geeignete Energiemenge nützliche Arbeit, - ist ebenfalls gleich Null, obwohl die Gesamtenergiemenge des Systems von Null abweichen kann.

Wissenschaftliches und technisches Enzyklopädisches Wörterbuch.

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Absoluter Nullpunkt (Null). Razg. Vernachlässigt Eine unbedeutende, unbedeutende Person. FSRY, 288; BTS, 24; ZS 1996, 33 V Null. 1. Jarg. Sie sagen Scherzen. Eisen. Über schwere Vergiftung. Juganows, 471; Vakhitov 2003, 22. 2. Zharg. Musik Genau, in voller Übereinstimmung mit... ... Großes Wörterbuch russischer Sprichwörter

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Der absolute Temperaturnullpunkt entspricht 273,15 Grad Celsius unter Null, 459,67 unter Null Fahrenheit. Für die Kelvin-Temperaturskala ist diese Temperatur selbst die Nullmarke.

Die Essenz der absoluten Nulltemperatur

Das Konzept des absoluten Nullpunkts entspringt dem Wesen der Temperatur. Jeder Körper, der währenddessen an die äußere Umgebung abgibt. Gleichzeitig sinkt die Körpertemperatur, d.h. es bleibt weniger Energie übrig. Theoretisch kann dieser Prozess so lange andauern, bis die Energiemenge ein solches Minimum erreicht, dass der Körper sie nicht mehr abgeben kann.
Ein entfernter Vorbote einer solchen Idee findet sich bereits bei M.V. Lomonosov. Der große russische Wissenschaftler erklärte Wärme durch „rotierende“ Bewegung. Folglich ist der maximale Abkühlungsgrad ein vollständiger Stopp dieser Bewegung.

Nach modernen Konzepten ist der absolute Nullpunkt die Temperatur, bei der Moleküle das niedrigste mögliche Energieniveau haben. Mit weniger Energie, d.h. Bei einer niedrigeren Temperatur kann kein physischer Körper existieren.

Theorie und Praxis

Der absolute Temperaturnullpunkt ist ein theoretisches Konzept; es ist unmöglich, ihn in der Praxis zu erreichen, selbst in wissenschaftlichen Labors mit der modernsten Ausrüstung. Doch den Wissenschaftlern gelingt es, die Substanz auf sehr tiefe Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt abzukühlen.

Bei solchen Temperaturen gewinnen Stoffe erstaunliche Eigenschaften, die sie unter normalen Umständen nicht haben können. Quecksilber, das „lebendiges Silber“ genannt wird, weil es sich in einem nahezu flüssigen Zustand befindet, wird bei dieser Temperatur fest – bis zu dem Punkt, dass es zum Einschlagen von Nägeln verwendet werden kann. Einige Metalle werden spröde, beispielsweise Glas. Gummi wird genauso hart. Wenn man bei einer Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt mit einem Hammer auf einen Gummigegenstand schlägt, zerbricht dieser wie Glas.

Diese Eigenschaftsänderung hängt auch mit der Natur der Wärme zusammen. Je höher die Temperatur des physischen Körpers ist, desto intensiver und chaotischer bewegen sich die Moleküle. Mit sinkender Temperatur wird die Bewegung weniger intensiv und die Struktur wird geordneter. So wird ein Gas zu einer Flüssigkeit und eine Flüssigkeit zu einem Feststoff. Die ultimative Ordnungsebene ist die Kristallstruktur. Bei extrem niedrigen Temperaturen wird es sogar von Substanzen aufgenommen, die normalerweise amorph bleiben, wie zum Beispiel Gummi.

Auch bei Metallen treten interessante Phänomene auf. Die Atome des Kristallgitters schwingen mit geringerer Amplitude, die Elektronenstreuung nimmt ab und damit der elektrische Widerstand. Das Metall erhält Supraleitung, deren praktische Anwendung sehr verlockend erscheint, wenn auch schwierig zu erreichen ist.

Absoluter Nullpunkt(absoluter Nullpunkt) – der Beginn der absoluten Temperatur, beginnend bei 273,16 K unter dem Tripelpunkt von Wasser (dem Gleichgewichtspunkt der drei Phasen – Eis, Wasser und Wasserdampf); Beim absoluten Nullpunkt stoppt die Bewegung der Moleküle und sie befinden sich in einem Zustand der „Null“-Bewegung. Oder: die niedrigste Temperatur, bei der ein Stoff keine Wärmeenergie mehr enthält.

Absoluter Nullpunkt Start Absolute Temperaturanzeige. Entspricht -273,16 °C. Derzeit ist es in physikalischen Laboratorien möglich, eine Temperatur zu erreichen, die den absoluten Nullpunkt nur um wenige Millionstel Grad übersteigt, aber nach den Gesetzen der Thermodynamik ist dies unmöglich. Beim absoluten Nullpunkt befände sich das System in einem Zustand mit der geringstmöglichen Energie (in diesem Zustand würden Atome und Moleküle „Null“-Schwingungen ausführen) und hätte eine Entropie von Null (Null). Störung). Das Volumen eines idealen Gases am absoluten Nullpunkt muss gleich Null sein, und um diesen Punkt zu bestimmen, wird das Volumen von echtem Heliumgas gemessen sequentiell Senken der Temperatur, bis es sich bei niedrigem Druck (-268,9 °C) verflüssigt, und Extrapolieren auf die Temperatur, bei der das Gasvolumen ohne Verflüssigung Null werden würde. Absolute Temperatur thermodynamisch Die Skala wird in Kelvin gemessen und mit dem Symbol K bezeichnet. Absolut thermodynamisch Skala und Celsius-Skala sind lediglich gegeneinander versetzt und stehen im Verhältnis K = °C + 273,16 °.

Geschichte

Das Wort „Temperatur“ entstand in jenen Tagen, als die Menschen glaubten, dass stärker erhitzte Körper eine größere Menge einer speziellen Substanz – Kalorien – enthielten als weniger erhitzte. Daher wurde die Temperatur als die Stärke einer Mischung aus Körpersubstanz und Kalorien wahrgenommen. Aus diesem Grund werden die Maßeinheiten für die Stärke alkoholischer Getränke und die Temperatur gleich bezeichnet – Grad.

Da es sich bei der Temperatur um die kinetische Energie von Molekülen handelt, ist es klar, dass es am natürlichsten ist, sie in Energieeinheiten (d. h. im SI-System in Joule) zu messen. Die Temperaturmessung begann jedoch lange vor der Entstehung der molekularkinetischen Theorie, sodass praktische Skalen die Temperatur in herkömmlichen Einheiten messen – Grad.

Kelvin-Skala

Die Thermodynamik verwendet die Kelvin-Skala, bei der die Temperatur vom absoluten Nullpunkt (dem Zustand, der der minimalen theoretisch möglichen inneren Energie eines Körpers entspricht) gemessen wird. Ein Kelvin entspricht 1/273,16 der Entfernung vom absoluten Nullpunkt zum Tripelpunkt von Wasser (der Zustand, in dem sich Eis, Wasser und Wasserpaare im Gleichgewicht befinden). Zur Umrechnung von Kelvin in Energieeinheiten wird die Boltzmann-Konstante verwendet. Es werden auch abgeleitete Einheiten verwendet: Kilokelvin, Megakelvin, Millikelvin usw.

Celsius

Im Alltag wird die Celsius-Skala verwendet, wobei 0 der Gefrierpunkt von Wasser und 100° der Siedepunkt von Wasser bei Atmosphärendruck ist. Da die Gefrier- und Siedepunkte von Wasser nicht genau definiert sind, wird die Celsius-Skala derzeit anhand der Kelvin-Skala definiert: Ein Grad Celsius entspricht einem Kelvin, der absolute Nullpunkt wird mit −273,15 °C angenommen. Die Celsius-Skala ist praktisch sehr praktisch, da Wasser auf unserem Planeten sehr verbreitet ist und unser Leben darauf basiert. Null Grad Celsius ist für die Meteorologie ein besonderer Punkt, da das Gefrieren des atmosphärischen Wassers alles erheblich verändert.

Fahrenheit

In England und insbesondere in den USA wird die Fahrenheit-Skala verwendet. In dieser Skala wird der Abstand von der Temperatur selbst in 100 Grad unterteilt. kalter Winter in der Stadt, in der Fahrenheit lebte, auf die Temperatur des menschlichen Körpers. Null Grad Celsius sind 32 Grad Fahrenheit und ein Grad Fahrenheit entspricht 5/9 Grad Celsius.

Die aktuelle Definition der Fahrenheit-Skala lautet wie folgt: Es handelt sich um eine Temperaturskala, bei der 1 Grad (1 °F) 1/180 der Differenz zwischen dem Siedepunkt von Wasser und der Schmelztemperatur von Eis bei Atmosphärendruck entspricht Der Schmelzpunkt von Eis liegt bei +32 °F. Die Temperatur auf der Fahrenheit-Skala steht im Verhältnis zur Temperatur auf der Celsius-Skala (t °C) im Verhältnis t °C = 5/9 (t °F - 32), 1 °F = 5/9 °C. Vorgeschlagen von G. Fahrenheit im Jahr 1724.

Reaumur-Skala

1730 von R. A. Reaumur vorgeschlagen, der das von ihm erfundene Alkoholthermometer beschrieb.

Die Einheit ist der Grad Réaumur (°R), 1 °R entspricht 1/80 des Temperaturintervalls zwischen den Referenzpunkten – der Schmelztemperatur von Eis (0 °R) und dem Siedepunkt von Wasser (80 °R).

1 °R = 1,25 °C.

Derzeit wird die Waage nicht mehr verwendet; in Frankreich, dem Heimatland des Autors, überlebt sie am längsten.

Vergleich der Temperaturskalen

Die normale Körpertemperatur des Menschen beträgt 36,6 °C ±0,7 °C bzw. 98,2 °F ±1,3 °F. Der allgemein genannte Wert von 98,6 °F ist eine exakte Umrechnung des deutschen Wertes von 37 °C aus dem 19. Jahrhundert in Fahrenheit. Weil dieser Wert nicht im Bereich liegt normale Temperatur Nach modernen Vorstellungen können wir sagen, dass es eine übermäßige (falsche) Genauigkeit enthält. Einige Werte in dieser Tabelle wurden gerundet.

Vergleich der Skalen Fahrenheit und Celsius

(von- Fahrenheit-Skala, oC- Celsius-Skala)

Um Grad Celsius in Kelvin umzurechnen, müssen Sie die Formel verwenden T=t+T 0 Dabei ist T die Temperatur in Kelvin, t die Temperatur in Grad Celsius, T 0 =273,15 Kelvin. Die Größe eines Grad Celsius entspricht einem Kelvin.

Als absolute Nulltemperatur wird die Grenztemperatur angenommen, bei der das Volumen eines idealen Gases gleich Null wird. Allerdings kann das Volumen realer Gase beim absoluten Nullpunkt nicht verschwinden. Ist diese Temperaturbegrenzung dann sinnvoll?

Die Grenztemperatur, deren Existenz sich aus dem Gay-Lussac-Gesetz ergibt, ist sinnvoll, da es praktisch möglich ist, die Eigenschaften eines realen Gases den Eigenschaften eines idealen Gases anzunähern. Dazu müssen Sie ein zunehmend verdünntes Gas verwenden, sodass seine Dichte gegen Null tendiert. Tatsächlich tendiert das Volumen eines solchen Gases mit sinkender Temperatur zum Grenzwert, nahe Null.

Lassen Sie uns den Wert des absoluten Nullpunkts auf der Celsius-Skala ermitteln. Lautstärke gleichsetzen VV Formel (3.6.4) Null und unter Berücksichtigung dessen

Daher ist die absolute Nulltemperatur

* Genauerer absoluter Nullwert: -273,15 °C.

Dies ist die extreme, niedrigste Temperatur in der Natur, der „größte oder letzte Grad an Kälte“, dessen Existenz Lomonossow vorhergesagt hat.

Kelvin-Skala

Kelvin William (Thomson W.) (1824-1907) – ein herausragender englischer Physiker, einer der Begründer der Thermodynamik und der molekularkinetischen Theorie von Gasen.

Kelvin führte die absolute Temperaturskala ein und gab eine der Formulierungen des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik in Form der Unmöglichkeit, Wärme vollständig in Arbeit umzuwandeln. Er berechnete die Größe von Molekülen anhand der Messung der Oberflächenenergie der Flüssigkeit. Im Zusammenhang mit der Verlegung des transatlantischen Telegrafenkabels entwickelte Kelvin die Theorie der elektromagnetischen Schwingungen und leitete eine Formel für die Periode freier Schwingungen in einem Stromkreis ab. Für seine wissenschaftlichen Leistungen erhielt W. Thomson den Titel Lord Kelvin.

Der englische Wissenschaftler W. Kelvin führte die absolute Temperaturskala ein. Die Nulltemperatur auf der Kelvin-Skala entspricht dem absoluten Nullpunkt, und die Temperatureinheit auf dieser Skala entspricht einem Grad auf der Celsius-Skala, also der absoluten Temperatur T hängt durch die Formel mit der Temperatur auf der Celsius-Skala zusammen

(3.7.6)

Abbildung 3.11 zeigt zum Vergleich die absolute Skala und die Celsius-Skala.

Die SI-Einheit der absoluten Temperatur heißt Kelvin (abgekürzt K). Daher entspricht ein Grad auf der Celsius-Skala einem Grad auf der Kelvin-Skala: 1 °C = 1 K.

Somit ist die absolute Temperatur gemäß der Definition der Formel (3.7.6) eine abgeleitete Größe, die von der Celsius-Temperatur und dem experimentell ermittelten Wert von a abhängt. Es ist jedoch von grundlegender Bedeutung.

Aus Sicht der molekularkinetischen Theorie hängt die absolute Temperatur mit der durchschnittlichen kinetischen Energie der chaotischen Bewegung von Atomen oder Molekülen zusammen. Bei T = O K, die thermische Bewegung der Moleküle hört auf. Dies wird in Kapitel 4 ausführlicher besprochen.

Abhängigkeit des Volumens von der absoluten Temperatur

Unter Verwendung der Kelvin-Skala kann das Gay-Lussac-Gesetz (3.6.4) in einer einfacheren Form geschrieben werden. Als

(3.7.7)

Das Volumen eines Gases einer bestimmten Masse bei konstantem Druck ist direkt proportional zur absoluten Temperatur.

Daraus folgt, dass das Verhältnis der Gasvolumina gleicher Masse in verschiedenen Zuständen bei gleichem Druck gleich dem Verhältnis der absoluten Temperaturen ist:

(3.7.8)

Es gibt eine minimal mögliche Temperatur, bei der das Volumen (und der Druck) eines idealen Gases verschwindet. Dies ist die absolute Nulltemperatur:-273 °C. Es ist praktisch, die Temperatur vom absoluten Nullpunkt aus zu zählen. So ist die absolute Temperaturskala aufgebaut.