273 15 stupňov. Absolútna nula

Keď je počasie predpovedané v súhrnu počasia o nulu, nestojí za to ísť na klzisko: ľad sa roztopí. Teplota topenia ľadu sa prijíma na nulové stupne na stupnici Celzia - najbežnejšia teplotná stupnica.
Sme veľké známe negatívne stupne Celzia stupnice - stupne<ниже нуля>, stupne chladu. Najviac nízka teplota Na Zemi bola registrovaná v Antarktíde: -88,3 ° C. Mimo pozemku je možné a dokonca nižšie teploty: na povrchu mesiaca v mesiaci polnoci je až 160 ° C.
Ale nikde nemôže existovať žiadne nízke teploty. Maximálna nízka teplota - Absolútna nula - stupnica Celzia zodpovedá 273,16 °.
Absolútna teplotná stupnica, Kelvinová stupnica pochádza z absolútnej nuly. Ľadové taveniny pri 273,16 ° Kelvin a voda sa varí pri 373,16 ° K. Tak sa stupeň K je rovnaký ako stupeň C. Ale na stupnici Kelvin sú pozitívne.
Prečo je 0 ° K - Chladný limit?
Teplom - chaotický pohyb atómov a molekúl látok. Keď je látka ochladená, je roztrhaný termálna energiaA zároveň slabý pohyb častíc oslabuje. Na konci, so silným chladiacim, tepelným<пляска> Častice takmer úplne zastavili. Atómy a molekuly by boli úplne zmrazené pri teplote, ktorá je akceptovaná pre absolútnu nulu. Podľa zásad kvantová mechanikaV absolútnej nule by existoval tepelný pohyb častíc, ale samotné častice by sa nezastavili, pretože nemohli byť v pokoji. Takže s absolútnou nulovou nulou musia častíc stále udržiavať nejaký pohyb, ktorý sa nazýva nula.

Avšak, na chladenie látky na teplotu pod absolútnou nulovou nulou - myšlienka je ako bezvýznamná, ako je, že zámer<идти медленнее, чем стоять на месте>.

Okrem toho, že je nemožné dosiahnuť presnú absolútnu nulu. Môžete sa k nemu bližšie priblížiť. Pretože existuje absolútne celá tepelná energia z akéhokoľvek prostriedku látky. Niektoré podiel tepelnej energie zostáva s najhlbším chladiacim.
Ako dosahujú ultra-nízke teploty?
Zmrazenie látky je zložitejšia ako vyhrievaná. To možno vidieť aspoň z porovnania sporák zariadenia a chladničky.
Vo väčšine domácností a priemyselných chladničiek sa tepla odoberá odparovaním špeciálnej tekutiny - freóna, ktorý cirkuluje na kovových skúmavkách. Tajomstvo je, že FREON môže byť v kvapalnom stave len pri pomerne nízkej teplote. V chladiacej komore, v dôsledku tepla fotoaparátu, zahreje sa a varí, otočí sa na paru. Ale pár je komprimovaný kompresorom, skvapalmi a vstupuje do výparníka, ktorý znižuje evakuovaný freón. Energia sa vynakladá na kompresor.
V zariadeniach hlbokého chladenia slúži studený nosič ako ultra chladená tekutina - kvapalné hélium. Bezfarebná, ľahká (8-krát ľahšia ako voda), varí za atmosférického tlaku na 4,2 ° K a vo vákuu - pri 0,7 ° K. Ešte nižšia teplota poskytuje ľahký hélium izotop: 0,3 ° K.
Je dosť ťažké usporiadať trvalé chladničke hélium. Štúdie sa vykonávajú jednoducho v kúpeli s kvapalným héliom. A s cieľom vypáliť tento plyn, fyzika používajú rôzne techniky. Napríklad vopred chladené a stlačené hélium sa rozširuje, uvoľňuje ho cez tenký otvor vo vákuovej komore. Zároveň sa teplota stále znižuje a niektoré plyn je určené na kvapalinu. Je efektívnejšie nielen rozširovať chladeného plynu, ale aj na to, aby to fungovalo prácu - pohyb piestu.
Výsledný kvapalný hélia sa skladuje v špeciálnych termoskách - dewarových nádobách. Náklady na túto studenú kvapalinu (jediný nezmrazí absolútnu nulu) je pomerne vysoká. Kvapalné hélium sa však používajú širší, nielen vo vede, ale aj v rôznych technických zariadeniach.
Najnižšie teploty sa dosiahli iným spôsobom. Ukazuje sa, že molekuly niektorých solí, ako je chromokálne alum, sa môžu otáčať pozdĺž magnetických línií sily. Takáto soľ je vopred ochladená kvapalným hénom na 1 ° K a umiestni sa do silného magnetického poľa. Súčasne sa molekuly otáčajú pozdĺž elektrických vedení a pridelené teplo je vybrané s kvapalným héliom. Potom je magnetické pole ostro odstránené, molekuly sa opäť otočia v rôznych smeroch a vynaložené

táto práca vedie k ďalšiemu chladu soli. Takto získaná teplota 0,001 ° K. Podobne v zásade s použitím iných látok je možné získať ešte nižšie teploty.
Najnižšia teplota získaná, zatiaľ čo na Zemi je 0,00001 ° K.

Superfluita

Látka zmrazená na ultra-nízke teploty v kúpeli s kvapalným zmenám hélia výrazne. Guma sa stáva krehkosťou, olovenou pevnou, ako je oceľ a elastické, mnohé zliatiny zvyšujú pevnosť.

Kvapalné hélium sa chová zvláštne. Pri teplotách pod 2,2 ° K získava bezprecedentný majetok pre konvenčné kvapaliny - superfluidity: Niektoré z jeho časti je úplne stratová viskozita a bez trenia prebieha cez najužšie medzery.
Fenomén je otvorený v roku 1937 sovietskym fyzikom akademika P. Ji. Kapitsa, potom vysvetlil Acadeicijský Ji. D. Landau.
Ukazuje sa, že pri ultra-nízkych teplotách sa kvantové zákony správania látky výrazne ovplyvňujú. Ako jeden z týchto zákonov vyžaduje, energia z tela do tela môže byť prenášaná len dobre definovanými množstvami množstva. Existuje tak málo tepelných kvantových v kvapalnom héliu, že chýbajú pre všetky atómy. Časť tekutiny, bez tepla kvanta, dodržiavanie, ako to bolo, s absolútnou nulou teploty, jeho atómy sa úplne nezúčastňujú na poruchu tepelného pohybu a neinteragujú so stenami nádoby. Táto časť (nazvaná hélium-h) a má superfluitu. S poklesom teploty hélia sa stáva čoraz viac a s absolútnou nulovou nulou by sa všetko hélium zmenilo na hélium-n.
Superfluita sa teraz študuje vo veľmi podrobnej a dokonca užitočné praktické použitie: S ním je možné rozdeliť izotopy hélia.

Supravodivosť

V blízkosti absolútnej nuly sa vyskytujú extrémne zvedavé zmeny s elektrickými vlastnosťami niektorých materiálov.
V roku 1911, holandský fyzik, ktorý vážený - onane urobil neočakávaný objav: Ukázalo sa, že pri teplote 4,12 ° K v ortuti úplne zmizne elektrický odpor. Merkúr sa stáva superkonduktorom. Elektrický prúd indukovaný v supravodivom kruhu nezmizne a môže prúdiť takmer navždy.
Nad takýmto kruhovým supravodivým loptičkou stúpa vo vzduchu a nespadne ako keby báječné<гроб Магомета>Pretože jeho závažnosť je kompenzovaná magnetickým odpudzovaním medzi kruhom a loptou. Koniec koncov, nešťastný prúd v kruhu vytvorí magnetické pole, a to zase prinesie loptu elektrina A s ním opačné smerové magnetické pole.
Okrem ortuti, cínu, olova, zinku má hliník supravodivosť v blízkosti absolútnej nuly. Táto vlastnosť bola zistená v 23 prvkoch a viac ako sto rôznych zliatin a iných chemických zlúčenín.
Teplota vzhľadu supravodivosti (kritické teploty) je pomerne široký interval - od 0,35 ° K (hafnium) až 18 ° K (niobium-cín zliatiny).
Fenomén supravodivosti, ako aj
Pluhosť sa podrobne študuje. Zistili závislosti kritických teplôt vnútorná štruktúra Materiály a externé magnetické pole. Vyvinula sa hlboká teória supravodivosti (dôležitý príspevok bol vykonaný sovietskym vedeckým akademikom N. N. BOGOLYUBOV).
Podstatou tohto paradoxného fenoménu je opäť čisto kvantová. Ultra-nízke teploty elektrónov v

superkonduktor tvorí systém párových viazaných častíc, ktoré nemôžu poskytnúť energiu na kryštálovú mriežku, čerpať energiu kvantónom na jeho zahrievanie. Páry elektrónov sa pohybujú, ako keby<танцуя>medzi<прутьями решетки> - ióny a obísť ich bez zrážok a prenosu energie.
Supravodivosť sa čoraz viac používa v technike.
Zahrnuté v praxi, napríklad, napríklad supravodivé solenoidy - cievky z supravodiču, ponorené do kvapalného hélia. Ako dlho sa dá uložiť raz indukovaný prúd, a preto magnetické pole. Môže dosiahnuť gigantickú hodnotu - viac ako 100 ersted LLC. V budúcnosti nebude pochybnosti o tom, že sa objavia výkonné priemyselné supravodivé zariadenia - elektromotory, elektromagnety atď.
V elektroniconike sa začala zohrávať značná úloha a generátory a generátory. elektromagnetické vlnyktoré skutočne pôsobia v kúpeľoch s kvapalným héliom - úplne zmizne interné<шумы> Zariadenia. V elektronickej výpočtovej technike je brilantná budúcnosť v prdeli s nízkymi výkonovými spínačmi - Cryotróny (pozri Art.<Пути электроники>).
Je ľahké predstaviť si, ako by lákadlo bolo podporovať účinok takýchto zariadení v oblasti vyšších, cenovo dostupných teplôt. V v poslednej dobe Otvorí sa nádej na vytvorenie polymérových filmových superkonduktorov. Zvláštnosť elektrickej vodivosti v takýchto materiáloch podporuje brilantnú schopnosť udržiavať supravodivosť aj pri teplotách v miestnosti. Vedci vytrvalo hľadajú spôsoby, ako implementovať túto nádej.

V črevách hviezd

A teraz sa pozriem do najhorúcejšieho kráľovstva, ktorá je na svete, - v črevách hviezd. Tam, kde teploty dosahujú milióny stupňov.
V takomto tepelnom pohybe v hviezdach je tak intenzívne, že celé atómy tam nemôžu existovať: sú zničené v nespočetných kolíziách.
Takáto silne horúca látka preto nesmie byť pevná ani kvapalina, ani plynná. Je v plazme stave, t.j. zmesi elektricky nabitých<осколков> Atómy - atómové jadrá a elektróny.
Plazma - zvláštny stav hmoty. Keďže jeho častice sú elektricky nabité, sú citlivé na elektrické a magnetické sily. Preto blízke okolie dvoch atómových jadier (nesú pozitívny náboj) - fenomén je zriedkavý. Iba pri vysokých hustotách a obrovských teplotách sú atómové jadrá schopné dostať sa k sebe navzájom. Potom sa vykonáva termonukleárne reakcie - zdroj hviezd energie.
Najbližšia hviezda pre nás - Slnko sa skladá hlavne z vodíkovej plazmy, ktorá bola uvedená v hĺbkach svietkov na 10 miliónov stupňov. Za takýchto podmienok úzke zblíženie rýchlych vodíkových jadier - protónov, hoci zriedka, ale stane sa. Niekedy najbližšie protóny prichádzajú do interakcie: prekonávanie elektrického odpudzovania, padajú do sily obrovských jadrových príťažlivých síl, rýchlo<падают> na seba a zlúčiť. Existuje okamžitá reštrukturalizácia: namiesto dvoch protónov, deuteron (jadro ťažkého izotopu vodíka), pozitrón a neutrín. Energia sa uvoľňuje 0,46 milióna elektrón-volt (MeV).
Každý samostatný solárny protón môže vstúpiť do takejto reakcie v priemere raz za 14 miliárd rokov. Ale protóny v hĺbke svietia toľko, niečo tu, potom je tu nepravdepodobná akcia, je miesto - a naša hviezda horí s jeho rovnomerným plameňom.
Syntéza deuterónov je len prvým krokom solárnych termonukleárnych transformácií. Novorodenca Deuteron je veľmi skoro (v priemere po 5,7 sekundách) je spojený s jedným protónom. Ľahké jadro hélium a gamantom elektromagnetická radiácia. 5.48 MeV energie sa uvoľní.
Nakoniec, v priemere dve testery ľahkého hélia sa môžu stretnúť za milión rokov. Potom sa vytvorí jadro bežného hélia (alfa častica) a dve protóny sa štiepia. 12.85 MeV energie vyniká.
TEJTO STRÁNKU<конвейер> Termonukleárne reakcie nie sú jediné. Tam je ďalší reťazec jadrových transformácií, rýchlejšie. Zahŕňa (bez výdavkov) atómových jadier uhlíka a dusíka. Ale v oboch variantoch vodíkových jadier sa syntetizujú alfa častice. Obrazne exprimuje vodíkovú plazmu Slnka<сгорает>a<золу> - plazmové hélium. A v procese syntézy každého gramu hélia plazmy sa rozlišuje 175 tisíc kWh energie. Veľká suma!
Každé druhé slnko vyžaruje 4 1033 ergov energie, stráca hmotnosť 4 1012 g (4 milióny ton) látok. Ale plná hmotnosť Slnka je 2 1027 ton. Takže za milión rokov kvôli vyžarovacom slnku<худеет> Iba jedna desať milióntín jedna z jeho hmoty. Tieto obrázky ilustrujú výrečne ilustrujú účinnosť termonukleárnych reakcií a gigantických kalórií<горючего> - vodík.
Termonukleárna syntéza, zrejme, hlavný zdroj energie všetkých hviezd. Rôzne typy reakcií sa uskutočňujú pri rôznych teplotách a hustotách hviezdnej podložie. Najmä Solárny<зола>- Sadér Helium - za 100 miliónov stupňov sa stáva termonukleárnym<горючим>. Potom sa z alfa častíc môže syntetizovať ťažšie atómové jadrá - uhlíkové a dokonca kyslíka.
Podľa mnohých vedcov je naša celá metagalaxia všeobecne ovocia termonukleárna syntézaktorý sa uskutočnil pri teplote miliardy stupňov (pozri umenie.<Вселенная вчера, сегодня и завтра>).

Na umelé slnko

Neobvyklé kalórie termonukleárneho<горючего> Vedci podnietili umelú implementáciu reakcií jadrovej syntézy.
<Горючего> - Hydrogen izotopy na našej planéte veľa. Napríklad, tridium superheavy vodík môže byť získaný z lítneho kovu v jadrových reaktoroch. A ťažké vodík - deutérium je súčasťou ťažkej vody, ktorá môže byť extrahovaná z obyčajnej vody.
Ťažký vodík extrahovaný z dvoch pohárov obyčajnej vody by poskytol toľko energie v termonukleárnom reaktore ako spaľovanie barel primitívneho benzínu.
Ťažkosti je predhriať<горючее> teploty, pod ktorých môže zapáliť silný termonukleárny oheň.
Prvýkrát bola táto úloha vyriešená v vodíkovej bombe. Izotopy vodíka sú namontované v ohni výbuchom atómové bombyČo je sprevádzané vykurovacími látkami na mnoho desiatok miliónov stupňov. V jednom z variantov vodíkovej bomby, termonukleárny horľavý slúži chemická zlúčenina Ťažký vodík s ľahkým lítiom - deuterid pľúc L a T a Me. Tento biely prášok podobný jedálenským soli,<воспламеняясь> z<спички>Ktorá atómová bomba slúži, okamžite exploduje a vytvára teplotu stoviek miliónov stupňov.
Ak chcete iniciovať pokojnú termonukleárnu reakciu, je potrebné v prvom rade naučiť sa bez služieb atómovej bomby, aby sa zahriali malé dávky dostatočne hustého plazmy vodíkových izotopov na teploty v stovkách miliónov stupňov. Tento problém je jedným z najťažších v modernej aplikovanej fyzike. Po mnoho rokov, vedci na tom pracovali mnoho rokov.
Už sme povedali, že je to chaotický pohyb častíc, ktoré vytvára vyhrievané telesá, s priemernou energiou ich indiscriminačného pohybu a zodpovedá teplote. Zahrejte chladné telo - to znamená vytvoriť túto poruchu akýmkoľvek spôsobom.
Predstavte si, že dve skupiny bežcov sa rýchlo prijímajú smerom k sebe. Tak sa stretli, zmiešané, začali ponáhľať, zmätok. Veľký neporiadok!
Približne tých tých istých fyzikov sa najprv pokúsili získať vysoké teploty - vylievaním plynových trysiek vysoký tlak. Plyn sa zahreje na 10 tisíc stupňov. Naraz to bol záznam: teplota je vyššia ako na povrchu Slnka.
Zároveň je však metóda ďalej, pomerne pomalé, nie trhacie plynové kúrenie je nemožné, pretože tepelná porucha sa okamžite rozširuje do všetkých smerov, zahrievate steny experimentálnej komory a životného prostredia. Výsledné teplo rýchlo zanecháva systém a nie je možné ho izolovať.
Ak je prúd plynu nahradený plazmovými prúdmi, problém tepelnej izolácie zostáva veľmi ťažký, ale otvára sa a dúfate na jeho riešenie.
TRUE, plazma nemôže byť chránená pred tepelnou stratou s plavidlami vyrobenými z látky aj najviac žiaruvzdorného. Kontakt s pevnými stenami, horúca plazma sa okamžite ochladí. Ale môžete sa pokúsiť udržať a zahriať plazmu vytvorením jeho klastra vo vákuu, takže sa nedotýka sa stien fotoaparátu a visel v prázdnote, nie ich dotknúť. Malo by sa použiť v tom, že plazmatické častice nie sú neutrálne ako atómy plynu, ale elektricky nabité. Preto sú v pohybe vystavené magnetickým silám. Úlohou je: usporiadať magnetické pole špeciálnej konfigurácie, v ktorom horúca plazma visí ako vo vrecku s neviditeľnými stenami.
Zjednodušený pohľad Takýto p.eel sa vytvorí automaticky, keď sú silové impulzy elektrického prúdu prechádzajú cez plazmu. Okolo plazmového kordu, magnetické sily, ktoré sa snažia stlačiť kábel. Plazma sa oddelí od stien výtlačnej trubice a os šnúru v pomalších časticiach, teplota stúpa na 2 milióny stupňov.
V našej krajine boli takéto experimenty vykonané v roku 1950 pod vedením akademikov Ji. A. Arzimovich a M. A. Leontovich.
Ďalším smerom experimentov je použitie magnetickej fľaše navrhnutej v roku 1952 sovietskym fyzikom G. I. Bud-Kerom, teraz akademik. Magnetická fľaša je usporiadaná v čato - valcová vákuová komora vybavená vonkajším vinutím, ktorá je zhrubná na koncoch fotoaparátu. Prúd prúdiaca nad navíjaním vytvára magnetické pole v komore. Jeho výkonové vedenia v strednej časti sú usporiadané paralelne s tvarovaním valca a konce sú stlačené a tvoria magnetické trubice. Plazmové častice, vstredené do magnetickej fľaše, prejdú okolo elektrických vedení, sa odrážajú z zástrčiek. V dôsledku plazmy sa v fľaši drží nejaký čas. Ak je energia plazmových častíc vložených do fľaše plazmových častíc a existuje dosť veľa, vstupujú do komplexných silových interakcií, pôvodne zmätene svojim usporiadaným pohybom, stáva sa neusporiadaným - teplota vodíkového jadra stúpa na desiatky milióny stupňov.
Ďalšie vykurovanie sa dosahuje elektromagnetickým<ударами> Plazmou, kompresiou magnetického poľa atď. Teraz sa plazma ťažkých vodíkových jadier rozdelí až stovky miliónov stupňov. TRUE, to môže urobiť krátky časalebo pri nízkej plazmovej hustote.
Ak chcete iniciovať samo-udržiavaciu reakciu, je potrebné ďalej zvýšiť hustotu teploty a plazmy. Je ťažké to dosiahnuť. Problém je však, ako sú vedci presvedčení, je nepochybne riešiteľné.

Glb Anfilov

Umiestnenie fotografií a citových článkov z našich stránok na iné zdroje je povolené zadať odkaz na pôvodný zdroj a fotografie.

Absolútna nula (absolútna nula) je začiatkom odpočítavania absolútnej teploty, ktorá začína prehľad z 273,16 až pod trojitým bodom vody (rovnovážny bod troch fáz - ľad, voda a vodná para); S absolútnym nonletom sa pohyb molekúl zastaví, a sú v stave "nula" pohybov. Alebo: najnižšia teplota, pri ktorej látka neobsahuje tepelnú energiu.

Absolútna nula spustiť Odpočítavanie absolútnej teploty. Zodpovedá -273, 16 ° C. V súčasnej dobe, vo fyzikálnych laboratóriách, bolo možné získať teplotu presahujúcu absolútnu nulu za pár milióntov frakcií stupňov, aby sa dosiahol, podľa zákonov termodynamiky je to nemožné. S absolútnym nonletom by systém bol schopný s najnižšou možnou energiou (v tomto stave, atómy a molekuly by boli "nulové" oscilácie) a mali nulová entropia (nula neusporiadaný). Objem dokonalého plynu v mieste absolútnej nuly by sa mal rovnať NUL a určiť tento bod, objem reálneho plynového hélia sa meria sekvenčný Zníženie teploty do svojej pomstu pri nízkom tlaku (-268, 9 ° C) a uskutočňuje extrapoláciu na teplotu, pri ktorej by objem plynu v neprítomnosti korenia by sa obrátil na nulu. Teplota v absolútnom termodynamický Stupnica sa meria v Kelvinov označovanej symbolom. Absolútny termodynamický Celzia stupnica a stupnica sa jednoducho presunujú o jeden vzhľadom na druhú a sú spojené s pomeru K \u003d ° C + 273, 16 °.

História

Slovo "Teplota" sa v týchto časoch objavila, keď si ľudia mysleli, že vo viac vyhrievaných telesách veľká kvantita Špeciálnou látkou je tepelná rastlina ako v menej vyhrievanom. Teplota bola preto vnímaná ako pevnosť zmesi telesnej látky a teploty. Z tohto dôvodu sa jednotka merania pevnosti alkoholických nápojov a teplôt nazýva rovnaká - stupne.

Zo skutočnosti, že teplota je kinetická energia molekúl, je zrejmé, že je najviac prirodzené, aby ho merali v energetických jednotkách (t.j. v systéme SI v Joule). Meranie teploty však začalo dlho pred vytvorením molekulárnej kinetickej teórie, preto praktické váhy merajú teplotu v podmienených jednotkách - stupne.

Kelvinová škála

V termodynamike sa používa celvinová stupnica, v ktorej sa teplota počíta z absolútnej nulovej (stav zodpovedajúcej minimálnej teoreticky možnej vnútornej energii telesa) a jeden kevín je 1/273,16 vzdialenosti od absolútnej nuly Trojitý bod vody (stav, pri ktorom sa nachádzajú ľadu, vodné a vodné páry v rovnováhe). Na prepočítanie Kelvin, energetické jednotky slúži trvalá bottzmanna. Deriváty sa tiež používajú: Kokochelvin, Megkelvin, Milliquelvin atď.

Celzia

V každodennom živote sa použije stupnica Celzia, v ktorej je bode mrazenia vody, a pre 100 ° v teple varu vody s vodou atmosferický tlak. Vzhľadom k tomu, že bod mrazenia vody a varu nie je dobre definovaný, v súčasnej dobe sa Celzia stupnica určí cez meradu Kelvin: stupne Celzia je KELVIN, absolútna nula V -273,15 ° C. Celzia stupnica je takmer veľmi pohodlná, pretože voda je veľmi častá na našom planéte a naše život je na ňom založený. Zníženie Celzia je špeciálnym bodom pre meteorológiu, pretože zamrznutie atmosférickej vody sa výrazne mení.

Fahrenheit

V Anglicku a najmä v USA sa používa fahrenheita stupnica. V tejto miere sa 100 stupňov rozdelí rozsah teploty studená zima V meste, kde žil Fahrenheit, na teplotu ľudského tela. Nulové stupne Celzia je 32 stupňov Fahrenheita a stupeň Fahrenheita sa rovná 5/9 stupňa Celzia.

V súčasnosti sa vykoná nasledujúca definícia stupnice Fahrenheita: táto teplotná stupnica, 1 stupeň (1 ° F) je 1/180 teploty vriacej vody a topenia ľadu pri atmosférickom tlaku a bod topenia ľadu má teplotu +32 ° F. Teplota na stupnici Fahrenheita je spojená s teplotou Celzia stupnice (t ° C) pomerom T ° C \u003d 5/9 (t ° F - 32), 1 ° F \u003d 5/9 ° C. Ponúka G. Fahrenheit v roku 1724.

LEAUMUR

R. A. REOMYUR bol navrhnutý v roku 1730, ktorý popísal požadovaný alkoholický teplomer.

Jednotka - stupeň reomeore (° R), 1 ° R sa rovná 1/80 teplotného rozsahu medzi referenčnými bodmi - teplotou topenia ľadu (0 ° R) a vodou varu (80 ° R)

1 ° R \u003d 1,25 ° C.

V súčasnej dobe sa mierka vyšla na použitie, zostala dlhšia vo Francúzsku, v autlásku autora.

Porovnanie teploty

Normálna teplota ľudského tela je 36,6 ° C ± 0,7 ° C alebo 98,2 ° F ± 1,3 ° F. Hodnota 98,6 ° F je zvyčajne presná konverzia v meradle Fahrenheita prijatého v Nemecku v XIX Centure Hodnota 37 ° C. Pretože táto hodnota nie je zahrnutá v rozsahu normálnej teploty moderné nápady, Možno povedať, že obsahuje prebytok (nesprávna) presnosť. Niektoré hodnoty v tejto tabuľke boli zaoblené.

Porovnanie Fahrenheit a Celsia

( o F. - fahrenheit stupnice, o C. - Celzia stupnica)

Ak chcete previesť stupne Celzia do Kelvin, je potrebné použiť vzorec T \u003d t + t 0 Tam, kde T-teplota v Kelvin, teplote t v stupňoch Celzia, T 0 \u003d 273,15 Kelvin. Veľkosť, stupne Celzia sa rovná Kelvinovi.

Ktokoľvek telesné telo, vrátane všetkých objektov vo vesmíre, má minimálny indikátor teploty alebo jeho limit. Pre bod referencie akejkoľvek teplotnej stupnice a je zvyčajná, že je absolútna nulová teplota teploty. Ale je to len teoreticky. Chaotický pohyb atómov a molekúl, ktoré dávajú svoju energiu v tomto čase, zastaviť, zatiaľ čo v praxi zlyhali.

To je hlavný dôvod, prečo nie je možné dosiahnuť absolútne nulové teploty. Stále existujú spory a dôsledky tohto procesu. Z hľadiska termodynamiky je tento limit nedosiahnuteľný, pretože tepelný pohyb atómov a molekúl sa úplne zastaví, vytvorí sa kryštalická mriežka.

Zástupcovia kvantovej fyziky poskytujú prítomnosť minimálnych nulových oscilácií s absolútnou nulou.

Aký je význam absolútnych nulových teplôt a prečo sa nedá dosiahnuť

Na základe všeobecnej konferencie o opatreniach a váži, bol vytvorený prvý odkaz alebo odkaz na meracie prístroje určujúce indikátory teploty.

V súčasnej dobe, v medzinárodnom systéme jednotiek, referenčný bod pre stupnici Celzia je 0 ° C počas mrazenia a 100 ° C počas procesu varu, absolútna hodnota nula teploty sa rovná -273,15 ° C.

Použitie teplôt na úrovni Kelvin Medzinárodný systém Merania jednotiek, vriaca voda sa vyskytne počas referenčnej hodnoty 99,975 ° C, absolútna nula sa rovná 0. Fahrenheita na stupnici zodpovedá -459.67 stupňa.

Ak sa však tieto údaje získajú, prečo nie je možné dosiahnuť absolútne nulové teploty v praxi. Pre porovnanie môžete mať dobre známa rýchlosť svetla, ktorá sa rovná konštantnej fyzickej hodnote 1 079,252,848,8 km / h.

Tento rozsah však nemožno dosiahnuť v praxi. Záleží na vlnovej dĺžke prenosu a na podmienkach a od nevyhnutnej absorpcie veľké číslo Energetických častíc. Na získanie hodnoty absolútnej nulovej nulovej teploty je potrebná veľká návratnosť energie a absencia jej zdrojov, aby sa zabránilo tomuto atómom a molekulám.

Ale aj v podmienkach úplného vákuu, ani rýchlosť svetla, ani absolútna nula teplôt a vedcov neuspeli.

Prečo sa dá dosiahnuť približnú nulu teplôt, ale je to nemožné absolútne

Čo sa stane, keď veda bude schopná uzavrieť na dosiahnutie extrémne nízkej teploty absolútnej nuly, zatiaľ čo zostáva len v teórii termodynamiky a kvantovej fyziky. Aký je dôvod, prečo nie je možné dosiahnuť absolútne nulové teploty v praxi.

Všetky známe pokusy o chladenie látky na najnižšiu hranicu v dôsledku maximálnej energetickej straty viedli k tomu, že hodnota tepelnej kapacity látky dosiahla aj minimálnu hodnotu. Zostávajúca časť energie molekuly bola už jednoducho schopná. V dôsledku toho bol proces chladenia ukončený a bez dosiahnutia absolútnej nuly.

Pri štúdiu správania kovov v podmienkach aproximovaných na hodnotu absolútnej nulovej nulovej teploty vedci zistili, že maximálny pokles teploty by mal vyvolať stratu odporu.

Ukončenie pohybu atómov a molekúl však viedla len k tvorbe kryštálovej mriežky, cez ktorú prechádzajúce elektróny prenášajú časť svojej energie pevnými atómami. Dosiahnite absolútnu nulu znova zlyhala.

V roku 2003 nestačilo len polovica miliardy laloku 1 ° C na absolútnu nulovú teplotu. Výskumní pracovníci "NASA" používali molekulu na experimenty, ktoré boli v magnetickom poli a dal energiu.

Najbližšia vec bola úspech vedcov Univerzita Yalektorý v roku 2014 dosiahol ukazovateľ 0,0025 Kelvinov. Získané pripojenie monofluoridu stroncia (SRF) existovalo len 2,5 sekundy. A nakoniec spadol na atómy.

Federálna štátna rozpočtová vzdelávacia inštitúcia vyššieho odborného vzdelávania

"Voronezh State Pedagogická univerzita"

Oddelenie všeobecnej fyziky

na tému: "Absolútna nulová teplota"

Dokončené: 1. ročný študent, FMF,

Pi, Kondratenko Irina Aleksandrovna

Skontrolované: Asistent oddelenia generála

fonin Fonin Fyzika

Voronezh 2013.

Úvod ................................................... ................. 3.

1. Absolútna nula .............................................. .. ... 4

2. História ................................................. .................. 6.

3. Ones pozorované v blízkosti absolútnej nuly ......... ..9

Záver ................................................... ........... 11.

Zoznam použitých referencií .............................. ..12

Úvod

V priebehu rokov boli výskumníci urážlivé na absolútnu nulu teploty. Ako je známe, teplota rovnajúca sa absolútnej nuly charakterizuje základný stav systému mnohých častíc - stav s najnižšou možnou energiou, v ktorej atómy a molekuly robia takzvané "nulové" kolísanie. Teda hlboké chladenie blízko absolútnej nuly (predpokladá sa, že samotná nula v praxi je nedosiahnuteľná), otvára neobmedzené možnosti na štúdium vlastností látky.

1. Absolútna nula

Absolútna nula teploty (menej často - absolútna nulová teplota) je minimálny limit teploty, že fyzické telo môže mať vo vesmíre. Absolútna nula slúži ako začiatok absolútnej teplotnej stupnice, napríklad Kelvin Scales. V roku 1954 sa Generálna konferencia o opatreniach a hmotnosti vytvorila termodynamickú teplotnú stupnicu s jedným referenčným bodom - trojitým bodom vody, ktorej teplota bola prijatá 273,16 K (presne), ktorá zodpovedá 0,01 ° C, takže stupnica Celzia je Absolútna nula. -273,15 ° C.

V rámci použiteľnosti termodynamiky je absolútna nula v praxi nedosiahnuteľná. Jeho existencia a poloha na teplotnej stupnici vyplýva z extrapolácie pozorovaných fyzikálnych javov, zatiaľ čo takáto extrapolácia ukazuje, že s absolútnou nulou, tepelnú pohyb energie molekúl a atómov látky by mala byť nula, to znamená, že chaotický pohyb častíc Zastaví a tvoria objednanú štruktúru, zaberajú jasnú pozíciu v uzloch kryštálovej mriežky (kvapalné hélium je výnimka). Z hľadiska kvantovej fyziky a v absolútnej nulu teplôt sú však nulové oscilácie, ktoré sú spôsobené kvantovými vlastnosťami častíc a fyzického vákua, ktoré ich obklopujú.

Keď sa teplota systému usiluje o absolútnu nulu, jej entropiu, tepelnú kapacitu, koeficient tepelnej rozťažnosti, zastaví chaotický pohyb častíc, ktoré tvoria systém. Jedným slovom sa látka stáva nadprivenizmom s supravodivosťou a superfluiditou.

Absolútna nula teploty v praxi je nedosiahnuteľná a výroba teplôt extrémne blíži sa k nej predstavuje komplexný experimentálny problém, ale teploty sa už získali, len na miliónoch podielov na titul od rozmiestnenej z absolútnej nuly. .

Nájdite hodnotu absolútnej nuly na stupnici Celzia, pričom sa rovná objem v nulovej a vzhľadom na to

Absolútna nula teploty je teda -273 ° C.

Toto je limit, najnižšia teplota v prírode, "najväčší alebo posledný stupeň studenej", ktorého predpokladala Lomonosov.

Obr. Absolútny meradlo a mierka Celzia

Jednotka absolútnej teploty v systéme SI sa nazýva Kelvin (skrátený). V dôsledku toho je jeden stupeň na stupnici Celzia jeden stupeň na stupnici Kelvin: 1 ° C \u003d 1 K.

Absolútna teplota je teda derivát hodnoty v závislosti od teploty Celzia a na experimentálne stanovenej hodnote a. Je to však zásadné.

Z hľadiska molekulárnej kinetickej teórie absolútna teplota Súvisí s priemernou kinetickou energiou chaotického pohybu atómov alebo molekúl. Pri T \u003d o na tepelný pohyb molekúl sa zastaví.

2. História

Fyzická koncepcia "Absolútna nula teploty" má veľmi veľmi dôležitý: Takýto koncept ako supravodivosť, z ktorých sa objav vytvoril skutočný Truar v druhej polovici dvadsiateho storočia, s ním úzko súvisel.

Aby ste pochopili, čo je absolútna nula, mali by ste sa obrátiť na diela takých známych fyzikov ako mesto Fahrenheita, A. Celzia, J. Gay-Loussak a W. Thomson. Hrali ich kľúčová úloha Pri tvorbe hlavnej teploty sa použila doteraz.

Prvá z jej teploty bola ponúknutá v roku 1714 nemecký fyzik Fahrenheita. Zároveň, pre absolútnu nulu, to znamená, že v najnižšom bode tejto stupnice sa prijala teplota zmesi, ktorá zahŕňala sneh a amoniak. Nasledujúci dôležitý ukazovateľ sa stal normálna teplota Ľudské telo, ktoré sa stalo rovným 1000. Preto sa každé rozdelenie tejto stupnice nazývalo "stupeň Fahrenheita" a samotná stupnica - "Fahrenheita Scale".

Po 30 rokoch, švédsky astronóm A. Celzia navrhol svoju teplotnú škálu, kde hlavné body boli teplotou topenia ľadu a teploty varu vody. Táto mierka sa nazývala "Celzia mierka", je to stále populárne vo väčšine krajín sveta, a to aj v Rusku.

V roku 1802, vedením svojich slávnych experimentov, francúzsky vedec J. Gay-Loursak zistil, že objem hmotnosti plynu pri konštantnom tlaku je priamo závislý od teploty. Ale najviac zvedaví sa skladalo, že keď sa teplota zmení o 10 na stupnici Celzia, objem plynu sa zvýšil alebo znížil na rovnakú veľkosť. Vytvorením potrebných výpočtov, Gay Louce zistil, že táto hodnota bola 1/273 z objemu plynu. Z tohto zákona sa dodržal návrhový záver: teplota rovná -273 ° C je najmenšia teplota, dokonca sa približuje k tomu, čo je nevyhnutné, nie je možné ho dosiahnuť. Bola to táto teplota, ktorá dostala názov "Absolútna nulová teplota". Okrem toho sa absolútna nula stala východiskovým bodom na vytvorenie absolútnej teploty, aktívnu časť, v ktorej anglický fyzik W. Thomson, tiež známy ako Lord Kelvin. Jeho hlavná štúdia súvisiaca s dôkazmi, že žiadne telo v prírode nie je možné chladené nižšie ako absolútna nula. Zároveň aktívne využil druhý zákon termodynamiky, preto ho zaviedol v roku 1848 absolútny meradlo Teploty sa začali nazvať termodynamickou alebo "rozsahom Kelvin". V nasledujúcich rokoch a desaťročiach bolo len numerické zjemnenie pojmu "absolútna nula".

Obr.2. Pomer medzi teplotovými váhami Fahrenheit (F), Celzia (C) a Kelvinom (K).

Stojí tiež za zmienku, že absolútna nula zohráva veľmi dôležitú úlohu v systéme SI. To je, že v roku 1960, na nasledujúcej všeobecnej konferencii o opatreniach a hmotnosti, sa jednotka termodynamickej teploty - Kelvin - stala jednou zo šiestich hlavných jednotiek merania. Zároveň to bolo špecificky stanovené, že jeden stupeň Kelvin

je číselne rovná jednému stupňu Celzia, len referenčný bod "na Kelvin" sa považuje za absolútnu nulu.

Hlavným fyzickým významom absolútnej nuly je, že podľa základných fyzikálnych zákonov, pri takejto teplote, energia pohybu elementárnych častíc, ako sú atómy a molekuly, je nula a v tomto prípade akýkoľvek chaotický pohyb týchto najviac Častice by mali prestať. Pri teplote, ktorá je rovnaká ako absolútna nula, atómy a molekuly by mali mať jasnú polohu v hlavných bodoch kryštálovej mriežky, ktoré tvoria objednaný systém.

V súčasnosti, s použitím špeciálnych zariadení, vedci dokázali získať teplotu, len niekoľko miliónov dolárov presahujúcich absolútnu nulu. Je fyzicky nemožné dosiahnuť samotnú veľkosť z dôvodu druhého zákona termodynamiky.

3. Tie pozorované v blízkosti absolútnej nuly

Pri teplotách blízkemu absolútnej nuly sa môžu pozorovať čisté kvantové účinky na makroskopickej úrovni, ako napríklad:

1.Súcnosť - vlastnosť niektorých materiálov, aby mali prísne nulový elektrický odpor, keď sa teplota dosiahne pod definitívnou hodnotou (kritická teplota). Existuje niekoľko stoviek zlúčenín, čistých prvkov, zliatin a keramiky sa pohybujú do supravodivého stavu.

Supravodivosť - kvantový fenomén. Vyznačuje sa tiež efektom Mason, ktorý spočíva v úplnom posunu magnetického poľa z objemu supravodiča. Existencia tohto účinku ukazuje, že supravodivosť nie je možné opísať jednoducho ako ideálnu vodivosť v klasickom porozumení. Otvorenie v rokoch 1986-1993. Počet vysokoteplotných supravodičov (HTSC) opustil teplotnú hranicu supravodivosti a umožnila, aby sa prakticky používali supravodivé materiály nielen pri teplote kvapalného hélia (4.2 K), ale aj pri teplote varu kvapalného dusíka (77 K), oveľa lacnejšia kryogénna tekutina.

2.SHE UVERDECILITY - Schopnosť látky v špeciálnom stave (kvantová kvapalina), ktorá vznikla znížením teploty na absolútnu nulu (termodynamická fáza), prúdenie cez úzke štrbiny a kapiláry bez trenia. Donedávna bola superfluita známa len pri kvapalnom héliu, ale posledné roky Superfluita bola nájdená v iných systémoch: v zriedkavých kondenzátoch atómových bose, pevné hélium.

Superfluita je vysvetlená nasledovne. Vzhľadom k tomu, že atómy hélia sú bozóny, kvantová mechanika priznáva v jednom stave ľubovoľného počtu častíc. V blízkosti absolútnej nulovej teploty sa všetky atómy hélia ukázali ako energia. Keďže energia štátov je diskrétny, atóm môže dostať žiadnu energiu, ale len taká, ktorá sa rovná energetickej priepasti medzi susednými úrovňami energie. Pri nízkych teplotách môže byť energia kolízií menšia ako táto hodnota, v dôsledku čoho sa rozptyl energie jednoducho nestalo. Kvapalina bude prúdiť bez trenia.

3. Kondenzát Bose - Einstein - stav agregácie Látky, ktorých základňa sú bozóny chladené na teploty v blízkosti absolútnej nulovej (menej ako miliónty frakcie stupňa nad absolútnou nulou). V takomto silne chladenom stave sa dostatočne veľký počet atómov ukáže, že je v jeho minimálne možných kvantových stavoch a kvantové účinky sa začínajú prejavovať na makroskopickej úrovni.

Záver

Štúdium vlastností látky v blízkosti absolútnej nuly má veľký záujem o vedu a techniku.

Mnohé vlastnosti látky zahalenej pri izbách teplotách s tepelnými javmi (napríklad tepelný hluk), s poklesom teploty, začínajú viac a viac zjavte, čo umožňuje v jej čistej forme študovať vzory a komunikácie, ktoré sú obsiahnuté v tejto látke. Štúdie v oblasti nízkych teplôt umožnili otvoriť veľa nových javov prírody, ako napríklad superfluidity hélia a supravodankovania kovov.

Pri nízkych teplotách sa dramaticky menia vlastnosti materiálov. Niektoré kovy zvyšujú svoju silu, stávajú sa plastom, iní sa stávajú krehkými ako sklo.

Štúdia fyzikálno-chemických vlastností pri nízkych teplotách umožní v budúcnosti vytvoriť nové látky s vopred určenými vlastnosťami. To všetko je veľmi cenné pre návrh a tvorbu kozmickej lode, staníc a spotrebičov.

Je známe, že pri radarových štúdiách kozmických telies je prijatý rádiový signál veľmi malý a je ťažké vyzdvihnúť z rôznych šum. Vytvorené nedávnymi vedcami Molecular Generátory a zosilňovače pracujú s veľmi nízkymi teplotmi, a preto majú veľmi nízku úroveň hluku.

Nízkoteplotné elektrické I. magnetické vlastnosti Kovy, polovodiče a dielektrika vám umožňujú vyvinúť zásadne nové rádiotechnické zariadenia mikroskopických veľkostí.

Ultra-nízke teploty sa používajú napríklad na vytvorenie vákua potrebného, \u200b\u200bnapríklad na prevádzku gigantických akcelerátorov jadrových častíc.

Bibliografia

1. http://wikipedia.org.
2. http://rudocs.exdat.com.
3. http://fb.ru.

Stručný opis

V priebehu rokov boli výskumníci urážlivé na absolútnu nulu teploty. Ako je známe, teplota rovnajúca sa absolútnej nuly charakterizuje základný stav systému mnohých častíc - stav s najnižšou možnou energiou, v ktorej atómy a molekuly robia takzvané "nulové" kolísanie. Teda hlboké chladenie blízko absolútnej nuly (predpokladá sa, že samotná nula v praxi je nedosiahnuteľná), otvára neobmedzené možnosti na štúdium vlastností látky.

Myslíte si, kde je najchladnejšie miesto v našom vesmíre? K dnešnému dňu je to Zem. Napríklad povrchová teplota mesiaca -227 stupňov na stupnici Celzia a teplota vákuového prostredia je 265 stupňov pod nulou. Avšak v laboratóriu na Zemi môže človek dosiahnuť teplotu oveľa nižšej na štúdium vlastností materiálov za podmienok ultra-nízkych teplôt. Materiálov, samostatné atómy A dokonca aj svetlo vystavené extrémnemu chladenie začne vykazovať neobvyklé vlastnosti.

Prvý experiment tohto druhu bol dodanom na začiatku 20. storočia fyzikmi, ktorí študovali elektrické vlastnosti Merkúr na ultra-nízku teplote. Na -262 stupňa Celzia, ortuť začína ukázať vlastnosti supravodivosti, čím sa znižuje odolnosť voči elektrickým prúdom na takmer nulu. Ďalšie experimenty tiež odhalili iné zaujímavé vlastnosti Chladené materiály, vrátane superfluity, ktorá je vyjadrená v "úniku" látok prostredníctvom pevných oddielov a z uzavretých nádob.

Veda určovala najnižšiu teplotu dosiahnutia - mínus 273,15 stupňov Celzia, ale takmer takáto teplota je nedosiahnuteľná. Prakticky je teplota približnou mierou energie uzatvorenej v predmete, takže absolútna nula ukazuje, že telo nič nehulní a nie je žiadna energia z tohto objektu sa nedá naučiť. Ale napriek tomu vedci sa snažia dostať do absolútnej nulovej teploty čo najbližšie, súčasný záznam bol doručený v roku 2003 v laboratóriu Massachusetts Institute of Technology. Vedci neboli vystavení absolútnej nuly len 810 miliárd. Chladili oblak atómov sodíka, ktoré sa držali na mieste s výkonným magnetickým poľom.

Zdá sa, že by to bol aplikovaný význam takýchto experimentov? Ukazuje sa, že výskumníci majú záujem o taký koncept ako kondenzát bose Einstein, ktorý je špeciálnym stavom látky - nie plyn, pevná alebo tekutina, ale jednoducho atómy oblaku s rovnakým kvantovým stavom. Takáto forma látky predpovedala Einstein a indický fyzik SatYendra Bose v roku 1925 a získala sa len za 70 rokov. Jeden z vedcov, ktorí dosiahli takúto vec látky - Wolfgang Ketterle, ktorí dostali za jeho objav nobelová cena v oblasti fyziky.

Jedným z nádherných vlastností kondenzátov Bose Einstein (CBE) je schopnosť kontrolovať pohyb svetelných lúčov. Vo vákuu sa svetlo pohybuje rýchlosťou 300 000 km za sekundu, a to maximálna rýchlosť, Dosiahnutie vesmíru. Ale svetlo sa môže šíriť pomaly, ak sa nerozšíri vo vákuu, ale v podstate. Pomocou CBE môžete spomaliť pohyb svetla na nízke rýchlosti a dokonca ho zastaviť. Vzhľadom na teplotu a hustotu kondenzátu sa svetlo žiarenie spomaľuje a môže byť "uchopený" a transformovať priamo do elektrického prúdu. Tento prúd môže byť prenesený do iného oblaku CBE a je prevedený späť na ľahké žiarenie. Táto funkcia je veľmi v dopyte po telekomunikáciách a počítačové vybavenie. Tu nerozumiem trochu - Koniec koncov, zariadenia, ktoré transformujú svetelné vlny v elektrine a chrbte, už majú ... Zrejme, použitie CBE umožňuje túto transformáciu rýchlejšie a presnejšie.

Jedným z dôvodov, prečo sú vedci tak snažiť získať absolútnu nulu - pokus o pochopenie toho, čo sa deje a došlo s naším vesmírom, ktoré v ňom konajú termodynamické zákony. Zároveň výskumníci chápu, že ťažba všetkých energie do posledného atómu je takmer nedosiahnuteľná.