Терминът "температура" се появи във време, когато физиците смятаха, че топлите тела се състоят от повечеспецифично вещество - калорично - отколкото същите тела, но студени. И температурата се тълкува като стойност, съответстваща на количеството калории в тялото. Оттогава температурата на всяко тяло се измерва в градуси. Но всъщност това е мярка за кинетичната енергия на движещи се молекули и въз основа на това трябва да се измерва в джаули, в съответствие със системата от единици С.

Концепцията за „абсолютна нулева температура“ идва от втория закон на термодинамиката. Според него процесът на пренос на топлина от студено тяло към горещо е невъзможен. Това понятие е въведено от английския физик У. Томсън. За постиженията си във физиката той получава благородническата титла „Лорд” и титлата „Барон Келвин”. През 1848 г. У. Томсън (Келвин) предлага да се използва температурна скала, в която той взема абсолютната нулева температура, съответстваща на екстремни студове, като начална точка и взема градуси по Целзий като стойност на делението. Единицата Келвин е 1/27316 от температурата на тройната точка на водата (около 0 градуса C), т.е. температура, при която чиста водаВеднага се намира в три форми: лед, течна вода и пара. температурата е възможно най-ниската ниска температура, при което движението на молекулите спира и вече не е възможно извличане от веществото топлинна енергия. Оттогава абсолютната температурна скала носи неговото име.

Температурата се измерва на различни скали

Най-често използваната температурна скала се нарича скала на Целзий. Тя се основава на две точки: на температурата на фазовия преход на водата от течност към пара и вода към лед. А. Целзий през 1742 г. предлага разделяне на разстоянието между референтните точки на 100 интервала и приемане на водата за нула, с точка на замръзване като 100 градуса. Но шведът К. Линей предложи да се направи обратното. Оттогава водата е замръзнала при нула градуса по Целзий. Въпреки че трябва да заври точно при Целзий. Абсолютна нулаЦелзий съответства на минус 273,16 градуса по Целзий.

Има още няколко температурни скали: Фаренхайт, Реомюр, Ранкин, Нютон, Ромер. Имат различни цени на разделение. Например, скалата на Reaumur също е изградена върху референтните точки на кипене и замръзване на водата, но има 80 деления. Скалата на Фаренхайт, която се появи през 1724 г., се използва в ежедневието само в някои страни по света, включително САЩ; едната е температурата на сместа от воден лед и амоняк, а другата е температурата на човешкото тяло. Скалата е разделена на сто деления. Нула по Целзий съответства на 32. Преобразуването на градуси във Фаренхайт може да се извърши по формулата: F = 1,8 C + 32. Обратно преобразуване: C = (F - 32)/1,8, където: F - градуси по Фаренхайт, C - градуси по Целзий. Ако ви мързи да броите, отидете на онлайн услуга за преобразуване на Целзий във Фаренхайт. В полето въведете броя градуси по Целзий, щракнете върху „Изчисли“, изберете „Фаренхайт“ и щракнете върху „Старт“. Резултатът ще се появи веднага.

Носи името на английския (по-точно шотландския) физик Уилям Дж. Ранкин, който е съвременник на Келвин и един от създателите на техническата термодинамика. Има три важни точки в неговата скала: началото е абсолютната нула, точката на замръзване на водата е 491,67 градуса по Ранкин и точката на кипене на водата е 671,67 градуса. Броят на деленията между замръзването на водата и нейното кипене както за Ранкин, така и за Фаренхайт е 180.

Повечето от тези скали се използват изключително от физици. А 40% от анкетираните днес американски гимназисти казаха, че не знаят какво е абсолютна нула.

АБСОЛЮТНА НУЛА

АБСОЛЮТНА НУЛА, температурата, при която всички компоненти на системата имат най-малко количество енергия, разрешено от законите на КВАНТОВАТА МЕХАНИКА; нула по температурната скала на Келвин или -273,15°C (-459,67° по Фаренхайт). При тази температура ентропията на системата - количеството налична енергия за извършване на полезна работа - също е нула, въпреки че общо количествоенергията на системата може да бъде различна от нула.

Научно-технически енциклопедичен речник.

Вижте какво е "АБСОЛЮТНА НУЛА" в други речници:

Температурата е минималната температурна граница, която може да бъде физическо тяло. Абсолютната нула служи като отправна точка за абсолютна температурна скала, като скалата на Келвин. По скалата на Целзий абсолютната нула съответства на температура от −273 ... Wikipedia

АБСОЛЮТНА НУЛЕВА ТЕМПЕРАТУРА- началото на термодинамичната температурна скала; намиращ се на 273,16 К (Келвин) под (вижте) водата, т.е. равно на 273,16°C (по Целзий). Абсолютната нула е най-ниската температура в природата и практически недостижима... Голяма политехническа енциклопедия

Това е минималната температурна граница, която може да има едно физическо тяло. Абсолютната нула служи като отправна точка за абсолютна температурна скала, като скалата на Келвин. По скалата на Целзий абсолютната нула съответства на температура от −273,15 °C.... ... Wikipedia

Абсолютната нулева температура е минималната температурна граница, която физическото тяло може да има. Абсолютната нула служи като отправна точка за абсолютна температурна скала, като скалата на Келвин. По скалата на Целзий абсолютната нула съответства на... ... Wikipedia

Разг. Занемарен Незначителен, незначителен човек. ФСРЮ, 288; BTS, 24; ZS 1996, 33 ...

нула- абсолютна нула... Речник на руските идиоми

Нула и нула съществително, м., употреб. сравнявам често Морфология: (не) какво? нула и нула, защо? нула и нула, (виж) какво? нула и нула, какво? нула и нула, какво ще кажете? около нула, нула; мн. какво? нули и нули, (не) какво? нули и нули, защо? нули и нули, (виждам)… … РечникДмитриева

Абсолютна нула (нула). Разг. Занемарен Незначителен, незначителен човек. ФСРЮ, 288; BTS, 24; ZS 1996, 33 V нула. 1. Джарг. казват те Шегувам се. желязо. За тежка интоксикация. Югановци, 471; Вахитов 2003, 22. 2. Жарг. музика Точно така, в пълно съответствие с... ... Голям речникРуски поговорки

абсолютен- абсолютен абсурд, абсолютен авторитет, абсолютна безупречност, абсолютен безпорядък, абсолютна измислица, абсолютен имунитет, абсолютен лидер, абсолютен минимум, абсолютен монарх, абсолютен морал, абсолютна нула… … Речник на руските идиоми

Книги

Абсолютна нула, Абсолютна Павел. Животът на всички творения на лудия учен от расата Нес е много кратък. Но следващият експеримент има шанс да съществува. Какво го чака занапред?...

Какво е абсолютна нула (обикновено нула)? Дали тази температура наистина съществува някъде във Вселената? Можем ли да охладим нещо до абсолютна нула при реалния живот? Ако се чудите дали е възможно да победите студената вълна, нека изследваме най-отдалечените ниски температури...

Какво е абсолютна нула (обикновено нула)? Дали тази температура наистина съществува някъде във Вселената? Можем ли да охладим нещо до абсолютната нула в реалния живот? Ако се чудите дали е възможно да победите студената вълна, нека изследваме най-отдалечените ниски температури...

Дори и да не сте физик, вероятно сте запознати с понятието температура. Температурата е мярка за количеството вътрешна произволна енергия на даден материал. Думата "вътрешен" е много важна. Хвърлете снежна топка и въпреки че основното движение ще бъде доста бързо, снежната топка ще остане доста студена. От друга страна, ако погледнете молекулите на въздуха, летящи из стаята, обикновената кислородна молекула се пържи с хиляди километри в час.

Обикновено мълчим, когато става дума за технически подробности, така че само за експертите ще посочим, че температурата е малко по-сложна, отколкото казахме. Истинската дефиниция на температурата включва колко енергия трябва да изразходвате за всяка единица ентропия (разстройство, ако искате повече разбираема дума). Но нека пропуснем тънкостите и просто се съсредоточим върху факта, че произволни молекули въздух или вода в леда ще се движат или вибрират все по-бавно и по-бавно с падането на температурата.

Абсолютната нула е температура от -273,15 градуса по Целзий, -459,67 по Фаренхайт и просто 0 Келвина. Това е точката, в която топлинното движение спира напълно.

Всичко ли спира?

В класическото разглеждане на въпроса, при абсолютната нула всичко спира, но точно в този момент иззад ъгъла наднича едно ужасно лице квантова механика. Едно от предсказанията на квантовата механика, което развали кръвта на повече от няколко физици, е, че никога не можете да измерите точната позиция или импулс на частица с пълна сигурност. Това е известно като принцип на неопределеността на Хайзенберг.

Ако можете да охладите запечатана стая до абсолютна нула, ще се случат странни неща (повече за това по-късно). Налягането на въздуха ще падне почти до нула и тъй като налягането на въздуха обикновено се противопоставя на гравитацията, въздухът ще се срути в много тънък слой на пода.

Но дори и така, ако можете да измерите отделни молекули, ще откриете нещо интересно: те вибрират и се въртят, просто малко квантова несигурност в действие. За да поставим точката на i, ако измерите въртенето на молекулите на въглеродния диоксид при абсолютната нула, ще откриете, че кислородните атоми летят около въглерода с няколко километра в час - много по-бързо, отколкото сте предполагали.

Разговорът стига до задънена улица. Когато говорим за квантов свят, движението губи смисъл. В тези мащаби всичко се определя от несигурност, така че не е, че частиците са неподвижни, а просто никога не можете да ги измерите, сякаш са неподвижни.

Колко ниско можеш да паднеш?

Преследването на абсолютната нула по същество е изправено пред същите проблеми като преследването на скоростта на светлината. За достигане на скоростта на светлината е необходимо безкрайно количество енергия, а достигането на абсолютна нула изисква извличане на безкрайно количество топлина. И двата процеса са невъзможни.

Въпреки факта, че все още не сме постигнали действителното състояние на абсолютната нула, ние сме много близо до нея (въпреки че „много“ в този случай е много свободно понятие; като детска песен: две, три, четири, четири и a половина, четири на връв, четири на косъм, пет). Най-студената температура, регистрирана някога на Земята, е регистрирана в Антарктида през 1983 г. при -89,15 градуса по Целзий (184K).

Разбира се, ако искате да се разхладите по детски, трябва да се потопите в дълбините на космоса. Цялата вселена се къпе в остатъците от радиация от Големия взрив, в най-празните области на космоса - 2,73 градуса по Келвин, което е малко по-студено от температурата на течния хелий, който успяхме да получим на Земята преди век.

Но физиците по ниски температури използват лъчи на замръзване, за да изведат технологията на следващото ниво. ново ниво. Може да ви изненада да знаете, че замразяващите лъчи са под формата на лазери. Но как? Предполага се, че лазерите горят.

Всичко е вярно, но лазерите имат една характеристика - може дори да се каже, най-добрата: цялата светлина се излъчва на една честота. Обикновените неутрални атоми изобщо не взаимодействат със светлината, освен ако честотата не е прецизно настроена. Ако атом лети към източник на светлина, светлината получава доплерово изместване и достига по-висока честота. Атомът абсорбира по-малко фотонна енергия, отколкото би могъл. Така че, ако настроите лазера по-ниско, бързо движещите се атоми ще абсорбират светлина и като излъчват фотон в произволна посока, те ще загубят средно малко енергия. Ако повторите процеса, можете да охладите газа до температура под един нанокелвин, една милиардна от градуса.

Всичко придобива по-екстремно оцветяване. Световният рекорд за най-ниска температура е по-малко от една десета от един милиард градуса над абсолютната нула. Устройствата, които постигат това, улавят атомите магнитни полета. „Температурата“ зависи не толкова от самите атоми, колкото от въртенето на атомните ядра.

Сега, за да възстановим справедливостта, трябва да сме малко креативни. Когато обикновено си представяме нещо замръзнало до една милиардна от градуса, вероятно получавате картина дори на въздушни молекули, които замръзват на място. Човек дори може да си представи разрушително апокалиптично устройство, което замразява гърбовете на атомите.

В крайна сметка, ако наистина искате да изпитате ниски температури, всичко, което трябва да направите, е да изчакате. След около 17 милиарда години радиационният фон във Вселената ще се охлади до 1K. След 95 милиарда години температурата ще бъде приблизително 0,01K. След 400 милиарда години дълбокият космос ще бъде студен като най-студения експеримент на Земята, а след това дори още по-студен.

Ако се чудите защо вселената се охлажда толкова бързо, благодарете на нашите стари приятели: ентропията и тъмната енергия. Вселената е в режим на ускорение, навлизайки в период експоненциален растеж, което ще продължи вечно. Нещата ще замръзнат много бързо.

какво ни интересува

Всичко това, разбира се, е прекрасно и чупенето на рекорди също е хубаво. Но какъв е смисълът? Е, има много добри причини да разбираме ниските температури, и то не само като победител.

Добрите хора от NIST, например, просто биха искали да направят готин часовник. Стандартите за време се основават на неща като честотата на цезиевия атом. Ако атомът на цезия се движи твърде много, това създава несигурност в измерванията, което в крайна сметка ще доведе до неизправност на часовника.

Но по-важното, особено от научна гледна точка, е, че материалите се държат лудо при изключително ниски температури. Например, точно както лазерът е направен от фотони, които са синхронизирани един с друг - на една и съща честота и фаза - така може да се създаде материал, известен като кондензат на Бозе-Айнщайн. В него всички атоми са в едно и също състояние. Или си представете амалгама, в която всеки атом губи своята индивидуалност и цялата маса реагира като един нулев супер атом.

При много ниски температури много материали стават свръхфлуидни, което означава, че не могат да имат никакъв вискозитет, да се натрупват в ултратънки слоеве и дори да се противопоставят на гравитацията, за да постигнат минимум енергия. Освен това при ниски температури много материали стават свръхпроводящи, което означава, че няма електрическо съпротивление.

Свръхпроводниците са в състояние да реагират на външни магнитни полета по такъв начин, че напълно да ги отменят вътре в метала. В резултат можете да комбинирате ниска температура и магнит и да получите нещо като левитация.

Защо има абсолютна нула, но не и абсолютен максимум?

Нека погледнем другата крайност. Ако температурата е просто мярка за енергия, тогава можем просто да си представим, че атомите се приближават все по-близо до скоростта на светлината. Това не може да продължава вечно, нали?

Краткият отговор е: не знаем. Възможно е буквално да съществува такова нещо като безкрайна температура, но ако има абсолютна граница, младата вселена предоставя някои доста интересни улики за това какво е тя. Най-високата температура, известна някога (поне в нашата вселена), вероятно е настъпила по времето, известно като времето на Планк.

Беше момент 10^-43 секунди след Големия взрив, когато гравитацията се отдели от квантовата механика и физиката стана точно това, което е сега. Температурата по това време е била приблизително 10^32 K. Това е септилион пъти по-горещо от вътрешността на нашето Слънце.

Отново, изобщо не сме сигурни дали това е най-горещата температура, която може да бъде. Тъй като ние дори нямаме голям моделВселена по времето на Планк, ние дори не сме сигурни, че Вселената е кипяла до такова състояние. Във всеки случай ние сме многократно по-близо до абсолютната нула, отколкото до абсолютната топлина.

- 48.67 Kb

Федерална държавна бюджетна образователна институция за висше професионално образование

"Воронежки държавен педагогически университет"

Катедра Обща физика

по темата: „Абсолютна нулева температура“

Изпълнил: студент 1-ва година, ФМФ,

ПИ, Кондратенко Ирина Александровна

Проверява: асистент общ.отд

физици Афонин Г.В.

Воронеж-2013

Въведение………………………………………………………. 3

1.Абсолютна нула…………………………………………...4

2. История…………………………………………………………6

3. Явления, наблюдавани близо до абсолютната нула………..9

Заключение…………………………………………………… 11

Списък на използваната литература…………………………..12

Въведение

В продължение на много години изследователите напредват към абсолютната нулева температура. Както е известно, температура, равна на абсолютната нула, характеризира основното състояние на система от много частици - състояние с възможно най-ниска енергия, при което атомите и молекулите извършват така наречените "нулеви" вибрации. По този начин дълбокото охлаждане близо до абсолютната нула (смята се, че самата абсолютна нула е непостижима на практика) отваря неограничени възможности за изучаване на свойствата на материята.

1. Абсолютна нула

Абсолютната нулева температура (по-рядко абсолютната нулева температура) е минималната граница на температурата, която физическото тяло във Вселената може да има. Абсолютната нула служи като източник на абсолютна температурна скала, като скалата на Келвин. През 1954 г. X Генерална конференция по мерки и теглилки създава термодинамична температурна скала с една отправна точка - тройната точка на водата, чиято температура е приета за 273,16 K (точно), което съответства на 0,01 °C, така че по скалата на Целзий температурата съответства на абсолютната нула −273,15 °C.

В рамките на приложимостта на термодинамиката абсолютната нула на практика е недостижима. Неговото съществуване и позиция в температурната скала следва от екстраполация на наблюдаваните физични явления и такава екстраполация показва, че при абсолютна нула енергията на топлинното движение на молекулите и атомите на дадено вещество трябва да бъде равна на нула, тоест хаотичното движение на частиците спира и те образуват подредена структура, заемайки ясно положение във възлите на кристалната решетка (течният хелий е изключение). Въпреки това, от гледна точка на квантовата физика и при абсолютна нула температура има нулеви колебания, които са причинени от квантовите свойства на частиците и физическия вакуум около тях.

Тъй като температурата на една система клони към абсолютната нула, нейната ентропия, топлинен капацитет и коефициент на топлинно разширение също клонят към нула и хаотичното движение на частиците, които изграждат системата, спира. С една дума, веществото се превръща в свръхвещество със свръхпроводимост и свръхфлуидност.

Абсолютната нулева температура е недостижима на практика и получаването на температури, изключително близки до нея, представлява сложен експериментален проблем, но вече са получени температури, които са само милионни от градуса от абсолютната нула. .

Нека намерим стойността на абсолютната нула по скалата на Целзий, като приравним обема V на нула и вземем предвид, че

Следователно температурата на абсолютната нула е -273°C.

Това е екстремната, най-ниската температура в природата, онази „най-голяма или последна степен на студ“, чието съществуване предсказа Ломоносов.

Фиг.1. Абсолютна и Целзиева скала

Единицата SI за абсолютна температура се нарича келвин (съкратено K). Следователно един градус по скалата на Целзий е равен на един градус по скалата на Келвин: 1 °C = 1 K.

Следователно абсолютната температура е производна величина, която зависи от температурата по Целзий и от експериментално определената стойност на a. Въпреки това е от основно значение.

От гледна точка на молекулярно-кинетичната теория абсолютна температурасвързана със средната кинетична енергия на хаотичното движение на атоми или молекули. При T = 0 K топлинното движение на молекулите спира.

2. История

Физическата концепция за „абсолютна нулева температура“ е много важна за съвременната наука. важно: тясно свързана с него е концепцията за свръхпроводимостта, чието откриване предизвика истинска сензация през втората половина на ХХ век.

За да разберете какво е абсолютната нула, трябва да се обърнете към произведенията на такива известни физици като Г. Фаренхайт, А. Целзий, Дж. Гей-Лусак и У. Томсън. Те бяха тези, които играеха ключова роляпри създаването на основните температурни скали, които все още се използват днес.

Първият, който предложи своята температурна скала, беше немският физик Г. Фаренхайт през 1714 г. В същото време температурата на сместа, която включваше сняг и амоняк, беше приета за абсолютна нула, тоест като най-ниската точка на тази скала. Следващият важен показател беше нормална температурачовешко тяло, което стана равно на 1000. Съответно всяко деление на тази скала беше наречено „градус по Фаренхайт“, а самата скала беше наречена „скала на Фаренхайт“.

30 години по-късно шведският астроном А. Целзий предложи своя собствена температурна скала, където основните точки бяха температурата на топене на леда и точката на кипене на водата. Тази скала беше наречена „скала по Целзий“ и все още е популярна в повечето страни по света, включително Русия.

През 1802 г., докато провежда известните си експерименти, френският учен Ж. Гей-Люсак открива, че обемът на газ при постоянно налягане е пряко зависим от температурата. Но най-любопитното беше, че когато температурата се промени с 10 градуса по Целзий, обемът на газа се увеличи или намали със същото количество. След като направи необходимите изчисления, Гей-Люсак установи, че тази стойност е равна на 1/273 от обема на газа. Този закон доведе до очевидното заключение: температура, равна на -273°C, е най-ниската температура, дори и да се доближите до нея, е невъзможно да я постигнете. Именно тази температура се нарича „температура на абсолютната нула“. Нещо повече, абсолютната нула става отправна точка за създаването на абсолютната температурна скала, в която активно участва английският физик У. Томсън, известен още като лорд Келвин. Основните му изследвания се занимаваха с доказването, че никое тяло в природата не може да бъде охладено под абсолютната нула. В същото време той активно използва втория закон на термодинамиката, следователно въведен от него през 1848 г. абсолютен мащабтемпературите започват да се наричат термодинамични или „скала на Келвин“.

Фиг.2. Връзката между температурните скали на Фаренхайт (F), Целзий (C) и Келвин (K).

Също така си струва да се отбележи, че абсолютната нула играе много важна роля в системата SI. Работата е там, че през 1960 г. на следващата Генерална конференция по теглилки и мерки единицата за термодинамична температура - келвинът - стана една от шестте основни мерни единици. В същото време беше специално предвидено, че един градус Келвин

е числено равен на един градус по Целзий, но референтната точка „в Келвин“ обикновено се счита за абсолютна нула.

Основен физически смисълабсолютната нула е, че според основните физични закони при такава температура енергията на движение на елементарни частици, като атоми и молекули, е равна на нула и в този случай всяко хаотично движение на същите тези частици трябва да спре. При температура, равна на абсолютната нула, атомите и молекулите трябва да заемат ясна позиция в основните точки на кристалната решетка, образувайки подредена система.

В наши дни, използвайки специално оборудване, учените са успели да получат температури, които са само няколко части на милион над абсолютната нула. Физически е невъзможно да се постигне самата тази стойност поради втория закон на термодинамиката.

3. Явления, наблюдавани близо до абсолютната нула

При температури близки до абсолютната нула могат да се наблюдават чисто квантови ефекти на макроскопично ниво, като например:

1. Свръхпроводимостта е свойството на някои материали да имат строго нулево електрическо съпротивление, когато достигнат температура под определена стойност (критична температура). Известни са няколкостотин съединения, чисти елементи, сплави и керамика, които преминават в свръхпроводящо състояние.

Свръхпроводимостта е квантов феномен. Характеризира се и с ефекта на Майснер, който се състои в пълното изместване на магнитното поле от обема на свръхпроводника. Съществуването на този ефект показва, че свръхпроводимостта не може да се опише просто като идеална проводимост в класическия смисъл. Откриване през 1986-1993 г. редица високотемпературни свръхпроводници (HTSC) изместиха далеч температурната граница на свръхпроводимостта и направиха възможно практическото използване на свръхпроводящи материали не само при температурата на течния хелий (4,2 K), но също и при точката на кипене на течността азот (77 K), много по-евтина криогенна течност.

2. Свръхфлуидност - способността на веществото в специално състояние (квантова течност), което се получава при спадане на температурата до абсолютната нула (термодинамична фаза), да протича през тесни процепи и капиляри без триене. Доскоро свръхфлуидността беше известна само на течния хелий, но в последните годинисвръхфлуидността е открита и в други системи: в разредени атомни бозе-кондензати и твърд хелий.

Свръхфлуидността се обяснява по следния начин. Тъй като хелиевите атоми са бозони, квантовата механика позволява произволен брой частици да бъдат в едно и също състояние. Близо до абсолютните нулеви температури всички хелиеви атоми са в основно енергийно състояние. Тъй като енергията на състоянията е дискретна, атомът може да получи не каквато и да е енергия, а само такава, която е равна на енергийната празнина между съседни енергийни нива. Но при ниски температури енергията на сблъсък може да бъде по-малка от тази стойност, в резултат на което разсейването на енергия просто няма да се случи. Течността ще тече без триене.

3. Кондензат на Бозе - Айнщайн - физическо състояниевещество, базирано на бозони, охладени до температури, близки до абсолютната нула (по-малко от една милионна от градуса над абсолютната нула). В такова силно охладено състояние достатъчно голям брой атоми се оказват в своите минимални възможни квантови състояния и квантовите ефекти започват да се проявяват на макроскопично ниво.

Заключение

Изследването на свойствата на материята близо до абсолютната нула е от голям интерес за науката и технологиите.

Много свойства на веществото, завоалирани при стайна температура от топлинни явления (например топлинен шум), започват да стават все по-очевидни с понижаването на температурата, което прави възможно изучаването в тяхната чиста форма на моделите и връзките, присъщи на дадена вещество. Изследванията в областта на ниските температури направиха възможно откриването на много нови природни явления, като свръхфлуидността на хелия и свръхпроводимостта на металите.

При ниски температури свойствата на материалите се променят драстично. Някои метали увеличават здравината си и стават пластични, докато други стават крехки, като стъклото.

Изследването на физикохимичните свойства при ниски температури ще позволи в бъдеще да се създават нови вещества с предварително определени свойства. Всичко това е много ценно за проектирането и създаването на космически кораби, станции и инструменти.

Известно е, че при радарни изследвания на космически тела, полученият радиосигнал е много малък и трудно се разграничава от различни шумове. Наскоро създадените молекулярни осцилатори и усилватели от учени работят при много ниски температури и следователно имат много ниско ниво на шум.

Нискотемпературни електрически и магнитни свойстваметали, полупроводници и диелектрици позволяват да се разработят принципно нови радиотехнически устройства с микроскопични размери.

Свръхниските температури се използват за създаване на вакуум, необходим например за работа на гигантски ускорители на ядрени частици.

Списък на използваната литература

http://wikipedia.org
http://rudocs.exdat.com
http://fb.ru

Кратко описание

Абсолютна нулева температура

Граничната температура, при която обемът на идеален газ става равен на нула, се приема като абсолютна нулева температура.

Нека намерим стойността на абсолютната нула по скалата на Целзий.
Изравняване на обема Vвъв формула (3.1) нула и като се има предвид това

Следователно температурата на абсолютната нула е

t= –273 °C. 2

По време на експлозии са получени най-високите температури на Земята - стотици милиони градуси термоядрени бомби. Още повече високи температурихарактерни за вътрешните области на някои звезди.

2Още точна стойностабсолютна нула: –273,15 °C.

Скала на Келвин

Английският учен У. Келвин въведе абсолютен мащабтемператури Нулевата температура по скалата на Келвин съответства на абсолютната нула, а единицата за температура по тази скала е равна на градус по скалата на Целзий, така че абсолютната температура Те свързано с температурата по скалата на Целзий с формулата

T = t + 273. (3.2)

На фиг. 3.2 показва абсолютната скала и скалата на Целзий за сравнение.

Единицата SI за абсолютна температура се нарича келвин(съкратено К). Следователно, един градус по скалата на Целзий е равен на един градус по скалата на Келвин:

По този начин абсолютната температура, съгласно дефиницията, дадена с формула (3.2), е производна величина, която зависи от температурата по Целзий и от експериментално определената стойност на a.

Читател:Какво физическо значение има абсолютната температура?

Нека запишем израз (3.1) във формата

Като се има предвид, че температурата по скалата на Келвин е свързана с температурата по скалата на Целзий чрез връзката T = t + 273, получаваме

Къде Т 0 = 273 К, или

Тъй като тази връзка е валидна за произволна температура Т, тогава законът на Гей-Люсак може да се формулира по следния начин:

За дадена маса газ при p = const е валидна следната зависимост:

Задача 3.1.При температура Т 1 = 300 K обем на газа V 1 = 5,0 л. Определете обема на газа при същото налягане и температура Т= 400 K.

СПРИ! Решете сами: A1, B6, C2.

Задача 3.2.По време на изобарно нагряване обемът на въздуха се увеличава с 1%. С колко процента се е увеличила абсолютната температура?

= 0,01.

отговор: 1 %.

Нека си спомним получената формула

СПРИ! Решете сами: A2, A3, B1, B5.

Законът на Чарлз

Френският учен Чарлз експериментално установи, че ако газът се нагрее така, че обемът му да остане постоянен, налягането на газа ще се увеличи. Зависимостта на налягането от температурата има формата:

r(t) = стр 0 (1 + b t), (3.6)

Къде r(t) – налягане при температура t°C; r 0 – налягане при 0 °C; b е температурният коефициент на налягане, който е еднакъв за всички газове: 1/K.

Читател:Изненадващо, температурният коефициент на налягане b е точно равен на температурния коефициент на обемно разширение a!

Нека вземем определена маса газ с обем V 0 при температура Т 0 и налягане r 0 . За първи път, поддържайки постоянно налягане на газа, ние го нагряваме до температура Т 1. Тогава газът ще има обем V 1 = V 0 (1 + а t) и налягане r 0 .

Вторият път, поддържайки обема на газа постоянен, го нагряваме до същата температура Т 1. Тогава газът ще има налягане r 1 = r 0 (1 + b t) и обем V 0 .

Тъй като и в двата случая температурата на газа е една и съща, законът на Бойл-Мариот е валиден:

стр 0 V 1 = стр 1 V 0 Þ r 0 V 0 (1 + а t) = r 0 (1 + b t)V 0 Þ

Þ 1 + а t = 1 + б tÞ a = b.

Така че не е изненадващо, че a = b, не!

Нека пренапишем закона на Чарлз във формата

Като се има предвид това Т = t°С + 273 °С, Т 0 = 273 °C, получаваме