คำว่า "อุณหภูมิ" ปรากฏในช่วงเวลาที่นักฟิสิกส์คิดว่าร่างกายอบอุ่นประกอบด้วย มากกว่าสารเฉพาะ-แคลอรี่-กว่าตัวเดียวกันแต่เย็น และอุณหภูมิก็ตีความว่าเป็นค่าที่สอดคล้องกับปริมาณแคลอรี่ในร่างกาย ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา อุณหภูมิของร่างกายก็วัดเป็นองศา แต่ในความเป็นจริงแล้ว มันเป็นหน่วยวัดพลังงานจลน์ของโมเลกุลที่กำลังเคลื่อนที่ และด้วยเหตุนี้ จึงควรวัดเป็นจูลส์ ตามระบบหน่วย C

แนวคิดเรื่อง "อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์" มาจากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ กระบวนการถ่ายเทความร้อนจากวัตถุเย็นไปยังวัตถุร้อนเป็นไปไม่ได้ แนวคิดนี้นำเสนอโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ W. Thomson สำหรับความสำเร็จของเขาในวิชาฟิสิกส์ เขาได้รับตำแหน่งขุนนาง "ลอร์ด" และตำแหน่ง "บารอนเคลวิน" ในปี ค.ศ. 1848 ดับเบิลยู. ทอมสัน (เคลวิน) เสนอให้ใช้มาตราส่วนอุณหภูมิ โดยเขาใช้อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ซึ่งสอดคล้องกับความเย็นจัดเป็นจุดเริ่มต้น และใช้องศาเซลเซียสเป็นค่าการหาร หน่วยเคลวินคือ 1/27316 ของอุณหภูมิของจุดสามจุดของน้ำ (ประมาณ 0 องศาเซลเซียส) กล่าวคือ อุณหภูมิ ณ ที่นั้น น้ำสะอาดพบได้ทันทีในสามรูปแบบ: น้ำแข็ง น้ำของเหลว และไอน้ำ อุณหภูมิต่ำสุดที่เป็นไปได้ อุณหภูมิต่ำซึ่งการเคลื่อนที่ของโมเลกุลหยุดลงและไม่สามารถสกัดออกจากสารได้อีกต่อไป พลังงานความร้อน- ตั้งแต่นั้นมา ระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์ก็ได้รับการตั้งชื่อตามเขา

มีการวัดอุณหภูมิในระดับต่างๆ

ระดับอุณหภูมิที่ใช้กันมากที่สุดเรียกว่าระดับเซลเซียส มันถูกสร้างขึ้นจากสองจุด: อุณหภูมิของการเปลี่ยนเฟสของน้ำจากของเหลวเป็นไอน้ำและน้ำเป็นน้ำแข็ง ก. เซลเซียส ในปี 1742 เสนอให้แบ่งระยะห่างระหว่างจุดอ้างอิงออกเป็น 100 ช่วง และให้น้ำเป็นศูนย์ โดยมีจุดเยือกแข็งเป็น 100 องศา แต่ชาวสวีเดน เค. ลินเนอัส เสนอให้ทำตรงกันข้าม ตั้งแต่นั้นมา น้ำก็กลายเป็นน้ำแข็งที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส แม้ว่าควรจะต้มที่อุณหภูมิเซลเซียสพอดีก็ตาม ศูนย์สัมบูรณ์เซลเซียสตรงกับลบ 273.16 องศาเซลเซียส

มีระดับอุณหภูมิอีกหลายระดับ: ฟาเรนไฮต์, Reaumur, Rankin, Newton, Roemer มีราคาการแบ่งส่วนที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น มาตราส่วน Reaumur นั้นสร้างขึ้นจากจุดอ้างอิงของการเดือดและการแช่แข็งของน้ำ แต่มี 80 ส่วน มาตราส่วนฟาเรนไฮต์ซึ่งปรากฏในปี 1724 ใช้ในชีวิตประจำวันเฉพาะในบางประเทศของโลกรวมถึงสหรัฐอเมริกาด้วย หนึ่งคืออุณหภูมิของส่วนผสมของน้ำแข็งและแอมโมเนีย และอีกอย่างคืออุณหภูมิของร่างกายมนุษย์ มาตราส่วนแบ่งออกเป็นหนึ่งร้อยแผนก ศูนย์เซลเซียสสอดคล้องกับ 32 การแปลงองศาเป็นฟาเรนไฮต์สามารถทำได้โดยใช้สูตร: F = 1.8 C + 32 การแปลงแบบย้อนกลับ: C = (F - 32)/1.8 โดยที่: F - องศาฟาเรนไฮต์ C - องศาเซลเซียส หากคุณขี้เกียจเกินกว่าจะนับ ให้ไปที่บริการออนไลน์สำหรับการแปลงเซลเซียสเป็นฟาเรนไฮต์ ในกล่อง ให้ระบุจำนวนองศาเซลเซียส คลิก "คำนวณ" เลือก "ฟาเรนไฮต์" แล้วคลิก "เริ่ม" ผลลัพธ์ก็จะปรากฏทันที

ตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ (สก็อตแลนด์) William J. Rankin ซึ่งเป็นผู้ร่วมสมัยของเคลวินและเป็นหนึ่งในผู้สร้างอุณหพลศาสตร์ทางเทคนิค มีจุดสำคัญสามจุดในระดับของเขา: จุดเริ่มต้นเป็นศูนย์สัมบูรณ์ จุดเยือกแข็งของน้ำคือ 491.67 องศาแรงคิน และจุดเดือดของน้ำคือ 671.67 องศา จำนวนการแบ่งระหว่างการแช่แข็งของน้ำและการเดือดของน้ำแรงคินและฟาเรนไฮต์คือ 180

เครื่องชั่งเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้โดยนักฟิสิกส์เท่านั้น และ 40% ของนักเรียนมัธยมปลายชาวอเมริกันที่สำรวจในวันนี้ กล่าวว่า พวกเขาไม่รู้ว่าอุณหภูมิสัมบูรณ์เป็นศูนย์คืออะไร

ศูนย์สัมบูรณ์

ศูนย์สัมบูรณ์อุณหภูมิที่ส่วนประกอบทั้งหมดของระบบมีปริมาณพลังงานน้อยที่สุดที่กฎหมายของ QUANTUM MECHANICS อนุญาต เป็นศูนย์ในระดับอุณหภูมิเคลวิน หรือ -273.15°C (-459.67° ฟาเรนไฮต์) ที่อุณหภูมินี้ เอนโทรปีของระบบซึ่งเป็นปริมาณพลังงานที่มีในการทำงานที่เป็นประโยชน์ จะเป็นศูนย์เช่นกัน ปริมาณรวมพลังงานของระบบสามารถแตกต่างจากศูนย์ได้

พจนานุกรมสารานุกรมวิทยาศาสตร์และเทคนิค.

ดูว่า "ABSOLUTE ZERO" ในพจนานุกรมอื่น ๆ คืออะไร:

อุณหภูมิคือขีดจำกัดอุณหภูมิต่ำสุดที่สามารถเป็นได้ ร่างกาย- ศูนย์สัมบูรณ์ทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์ เช่น ระดับเคลวิน ในระดับเซลเซียส ศูนย์สัมบูรณ์จะสัมพันธ์กับอุณหภูมิ −273 ... Wikipedia

อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์- จุดเริ่มต้นของระดับอุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์ อยู่ที่ 273.16 K (เคลวิน) ใต้ (ดู) น้ำ กล่าวคือ เท่ากับ 273.16°C (เซลเซียส) ศูนย์สัมบูรณ์คืออุณหภูมิต่ำสุดในธรรมชาติและแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย... สารานุกรมโพลีเทคนิคขนาดใหญ่

นี่คือขีดจำกัดอุณหภูมิขั้นต่ำที่ร่างกายสามารถมีได้ ศูนย์สัมบูรณ์ทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์ เช่น ระดับเคลวิน ในระดับเซลเซียส ศูนย์สัมบูรณ์จะสัมพันธ์กับอุณหภูมิ −273.15 °C… … Wikipedia

อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์คือขีดจำกัดอุณหภูมิต่ำสุดที่ร่างกายสามารถมีได้ ศูนย์สัมบูรณ์ทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์ เช่น ระดับเคลวิน ในระดับเซลเซียส ค่าศูนย์สัมบูรณ์จะสอดคล้องกับ... ... วิกิพีเดีย

ราซก. ละเลย เป็นคนไม่มีนัยสำคัญ, ไม่มีนัยสำคัญ. FSRY, 288; รถไฟฟ้า 24; ซีเอส 1996, 33 ...

ศูนย์- ศูนย์สัมบูรณ์... พจนานุกรมสำนวนรัสเซีย

คำนามศูนย์และศูนย์ m. ใช้แล้ว เปรียบเทียบ บ่อยครั้ง สัณฐานวิทยา: (ไม่) อะไร? ศูนย์และศูนย์ ทำไม? ศูนย์และศูนย์ (ดู) อะไร? ศูนย์และศูนย์ อะไรนะ? ศูนย์และศูนย์ แล้วไงล่ะ? ประมาณศูนย์ศูนย์; กรุณา อะไร ศูนย์และศูนย์ (ไม่) อะไร? ศูนย์และศูนย์ ทำไม? ศูนย์และศูนย์ (ฉันเห็น)…… พจนานุกรมดิมิเทรียวา

ศูนย์สัมบูรณ์ (ศูนย์) ราซก. ละเลย เป็นคนไม่มีนัยสำคัญ, ไม่มีนัยสำคัญ. FSRY, 288; รถไฟฟ้า 24; ZS 1996, 33 V เป็นศูนย์ 1. จาร์ก. พวกเขาพูด ล้อเล่น. เหล็ก. เกี่ยวกับความมึนเมาอย่างรุนแรง ยูกานอฟ 471; วาคิตอฟ 2546, 22. 2. จาร์ก. ดนตรี ตรงตาม... ... พจนานุกรมขนาดใหญ่คำพูดของรัสเซีย

แน่นอน- ความไร้สาระสัมบูรณ์, อำนาจโดยสมบูรณ์, ความไร้ที่ติโดยสัมบูรณ์, ความยุ่งเหยิงโดยสมบูรณ์, เรื่องแต่งโดยสมบูรณ์, ภูมิคุ้มกันโดยสมบูรณ์, ผู้นำที่แท้จริง, ขั้นต่ำสุดโดยสมบูรณ์, พระมหากษัตริย์โดยสมบูรณ์, ศีลธรรมอันสมบูรณ์, ศูนย์สัมบูรณ์… … พจนานุกรมสำนวนรัสเซีย

หนังสือ

• ศูนย์สัมบูรณ์, สัมบูรณ์พาเวล ชีวิตของนักวิทยาศาสตร์ผู้บ้าคลั่งแห่งเผ่าพันธุ์ Nes นั้นอายุสั้นมาก แต่การทดลองครั้งต่อไปยังมีโอกาสเกิดขึ้น สิ่งที่รอเขาอยู่ข้างหน้า...

ศูนย์สัมบูรณ์คืออะไร (โดยปกติจะเป็นศูนย์)? อุณหภูมินี้มีอยู่ในจักรวาลจริงหรือไม่? เราสามารถทำให้สิ่งใดเย็นลงจนเหลือศูนย์สัมบูรณ์ได้หรือไม่ ชีวิตจริง- หากคุณสงสัยว่าจะเอาชนะคลื่นความเย็นได้หรือไม่ มาสำรวจอุณหภูมิที่หนาวเย็นที่ไกลที่สุดกันดีกว่า...

ศูนย์สัมบูรณ์คืออะไร (โดยปกติจะเป็นศูนย์)? อุณหภูมินี้มีอยู่ในจักรวาลจริงหรือไม่? เราสามารถทำให้สิ่งใดๆ กลายเป็นศูนย์สัมบูรณ์ในชีวิตจริงได้หรือไม่? หากคุณสงสัยว่าจะเอาชนะคลื่นความเย็นได้หรือไม่ มาสำรวจอุณหภูมิที่หนาวเย็นที่ไกลที่สุดกันดีกว่า...

แม้ว่าคุณจะไม่ใช่นักฟิสิกส์ แต่คุณคงคุ้นเคยกับแนวคิดเรื่องอุณหภูมิอยู่แล้ว อุณหภูมิคือการวัดปริมาณพลังงานสุ่มภายในของวัสดุ คำว่า "ภายใน" มีความสำคัญมาก โยนก้อนหิมะและแม้ว่าการเคลื่อนไหวหลักจะค่อนข้างเร็ว แต่ก้อนหิมะจะยังคงเย็นอยู่ ในทางกลับกัน หากคุณดูโมเลกุลของอากาศที่บินไปรอบๆ ห้อง โมเลกุลออกซิเจนธรรมดาจะทอดด้วยความเร็วหลายพันกิโลเมตรต่อชั่วโมง

โดยปกติแล้วเราจะเงียบเมื่อพูดถึงรายละเอียดทางเทคนิค ดังนั้นสำหรับผู้เชี่ยวชาญ เราจะชี้ให้เห็นว่าอุณหภูมินั้นซับซ้อนกว่าที่เรากล่าวไว้เล็กน้อย คำจำกัดความที่แท้จริงของอุณหภูมิเกี่ยวข้องกับปริมาณพลังงานที่คุณต้องใช้ในแต่ละหน่วยของเอนโทรปี (ความผิดปกติ หากคุณต้องการมากกว่านี้ คำที่เข้าใจได้- แต่ขอข้ามรายละเอียดปลีกย่อยและมุ่งความสนใจไปที่ความจริงที่ว่า โมเลกุลของอากาศหรือน้ำแบบสุ่มในน้ำแข็งจะเคลื่อนที่หรือสั่นสะเทือนช้าลงเรื่อยๆ เมื่ออุณหภูมิลดลง

ศูนย์สัมบูรณ์คืออุณหภูมิ -273.15 องศาเซลเซียส -459.67 องศาฟาเรนไฮต์ และเพียง 0 เคลวิน นี่คือจุดที่การเคลื่อนที่ของความร้อนหยุดลงโดยสิ้นเชิง

ทุกอย่างหยุดใช่ไหม?

ในการพิจารณาปัญหานี้แบบคลาสสิก ทุกอย่างหยุดที่ศูนย์สัมบูรณ์ แต่ในขณะนี้เองที่ใบหน้าที่น่ากลัวโผล่ออกมาจากมุมถนน กลศาสตร์ควอนตัม- คำทำนายอย่างหนึ่งของกลศาสตร์ควอนตัมที่ทำให้นักฟิสิกส์เสียเลือดไปหลายคนก็คือ คุณไม่สามารถวัดตำแหน่งหรือโมเมนตัมที่แน่นอนของอนุภาคได้อย่างแน่นอน สิ่งนี้เรียกว่าหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก

หากคุณสามารถทำให้ห้องที่ปิดสนิทเย็นลงจนเหลือศูนย์สัมบูรณ์ สิ่งแปลกๆ ก็จะเกิดขึ้น (จะมีรายละเอียดเพิ่มเติมในภายหลัง) ความกดอากาศจะลดลงจนเกือบเป็นศูนย์ และเนื่องจากความกดอากาศมักจะต้านแรงโน้มถ่วง อากาศจึงยุบตัวลงเป็นชั้นบางมากบนพื้น

แต่ถึงอย่างนั้น หากคุณสามารถวัดโมเลกุลแต่ละโมเลกุลได้ คุณจะพบสิ่งที่น่าสนใจ พวกมันสั่นสะเทือนและหมุน เป็นเพียงแค่ความไม่แน่นอนของควอนตัมเล็กๆ น้อยๆ ในที่ทำงาน หากต้องการระบุจุด i หากคุณวัดการหมุนของโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์ที่ศูนย์สัมบูรณ์ คุณจะพบว่าอะตอมของออกซิเจนบินรอบคาร์บอนด้วยความเร็วหลายกิโลเมตรต่อชั่วโมง ซึ่งเร็วกว่าที่คุณคิดไว้มาก

บทสนทนาถึงทางตัน เมื่อเราพูดถึง โลกควอนตัมการเคลื่อนไหวจะสูญเสียความหมายไป ที่ระดับเหล่านี้ ทุกสิ่งทุกอย่างถูกกำหนดโดยความไม่แน่นอน ดังนั้นไม่ใช่ว่าอนุภาคจะไม่เคลื่อนที่ แต่เป็นเพียงว่าคุณไม่สามารถวัดอนุภาคเหล่านั้นได้เหมือนกับว่ามันหยุดนิ่งเท่านั้น

คุณสามารถไปได้ต่ำแค่ไหน?

การแสวงหาศูนย์สัมบูรณ์ต้องเผชิญกับปัญหาเดียวกันกับการแสวงหาความเร็วแสง การจะไปถึงความเร็วแสงนั้นต้องใช้พลังงานจำนวนอนันต์ และการไปถึงศูนย์สัมบูรณ์นั้นจำเป็นต้องดึงความร้อนออกมาจำนวนอนันต์ กระบวนการทั้งสองนี้เป็นไปไม่ได้ หากมีสิ่งใดเกิดขึ้น

แม้ว่าเราจะยังไม่บรรลุถึงสถานะที่แท้จริงของศูนย์สัมบูรณ์ แต่เราอยู่ใกล้กับมันมาก (แม้ว่าในกรณีนี้ "มาก" จะเป็นแนวคิดที่หลวมมาก เหมือนเพลงกล่อมเด็ก: สอง, สาม, สี่, สี่ และ a ครึ่ง, สี่บนเชือก, สี่คูณความกว้างผม, ห้า) อุณหภูมิที่หนาวเย็นที่สุดเท่าที่เคยบันทึกไว้บนโลกถูกบันทึกไว้ในทวีปแอนตาร์กติกาเมื่อปี 1983 ที่อุณหภูมิ -89.15 องศาเซลเซียส (184K)

แน่นอนว่าหากคุณต้องการคลายร้อนแบบเด็กๆ คุณต้องดำดิ่งลงสู่ห้วงอวกาศ จักรวาลทั้งจักรวาลอาบไปด้วยเศษรังสีจากบิ๊กแบง ในพื้นที่ว่างที่สุดของอวกาศ - 2.73 องศาเคลวิน ซึ่งเย็นกว่าอุณหภูมิของฮีเลียมเหลวที่เราพบบนโลกเมื่อศตวรรษก่อนเล็กน้อย

แต่นักฟิสิกส์อุณหภูมิต่ำกำลังใช้รังสีเยือกแข็งเพื่อยกระดับเทคโนโลยีขึ้นไปอีกระดับ ระดับใหม่- คุณอาจแปลกใจที่รู้ว่ารังสีเยือกแข็งมีรูปของเลเซอร์ แต่อย่างไร? เลเซอร์ควรจะเผาไหม้

ทุกอย่างเป็นจริง แต่เลเซอร์มีคุณสมบัติเดียว - ใคร ๆ ก็สามารถพูดได้ว่าสุดยอด: แสงทั้งหมดจะปล่อยออกมาที่ความถี่เดียว อะตอมที่เป็นกลางธรรมดาจะไม่โต้ตอบกับแสงเลย เว้นแต่จะมีการปรับความถี่อย่างแม่นยำ หากอะตอมบินเข้าหาแหล่งกำเนิดแสง แสงจะได้รับการเคลื่อนตัวของดอปเปลอร์และมีความถี่สูงขึ้น อะตอมดูดซับพลังงานโฟตอนน้อยกว่าที่ควรจะเป็น ดังนั้น หากคุณปรับเลเซอร์ให้ต่ำลง อะตอมที่เคลื่อนที่เร็วจะดูดซับแสง และโดยการปล่อยโฟตอนไปในทิศทางสุ่ม พวกมันก็จะสูญเสียพลังงานโดยเฉลี่ยเล็กน้อย หากคุณทำขั้นตอนนี้ซ้ำ คุณสามารถทำให้ก๊าซเย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่น้อยกว่าหนึ่งนาโนเคลวิน หรือหนึ่งในพันล้านองศา

ทุกอย่างใช้น้ำเสียงสุดขั้วมากขึ้น สถิติโลกสำหรับอุณหภูมิต่ำสุดนั้นน้อยกว่าหนึ่งในสิบของพันล้านองศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์ อุปกรณ์ที่ดักจับอะตอมนี้สำเร็จ สนามแม่เหล็ก- “อุณหภูมิ” ไม่ได้ขึ้นอยู่กับอะตอมมากนัก แต่ขึ้นอยู่กับการหมุนของนิวเคลียสของอะตอมด้วย

ตอนนี้ เพื่อคืนความยุติธรรม เราต้องสร้างสรรค์สักหน่อย เมื่อเราจินตนาการถึงบางสิ่งที่แข็งตัวถึงหนึ่งในพันล้านองศา คุณอาจเห็นภาพโมเลกุลของอากาศที่แข็งตัวอยู่กับที่ เรายังสามารถจินตนาการถึงอุปกรณ์ทำลายล้างที่ทำลายล้างที่แช่แข็งด้านหลังของอะตอม

ท้ายที่สุดแล้ว หากคุณต้องการสัมผัสกับอุณหภูมิที่ต่ำจริงๆ สิ่งที่คุณต้องทำก็แค่รอ หลังจากผ่านไปประมาณ 17 พันล้านปี การแผ่รังสีพื้นหลังในจักรวาลจะเย็นลงเหลือ 1K อีก 95 พันล้านปี อุณหภูมิจะอยู่ที่ประมาณ 0.01K ในอีก 400 พันล้านปี ห้วงอวกาศจะเย็นเท่ากับการทดลองที่เย็นที่สุดในโลก และจะเย็นลงหลังจากนั้นด้วยซ้ำ

หากคุณสงสัยว่าเหตุใดจักรวาลจึงเย็นลงอย่างรวดเร็ว ขอบคุณเพื่อนเก่าของเรา: เอนโทรปีและพลังงานมืด จักรวาลอยู่ในโหมดเร่งความเร็ว กำลังเข้าสู่คาบ การเติบโตแบบก้าวกระโดดซึ่งจะคงอยู่ตลอดไป สิ่งต่างๆจะแข็งตัวเร็วมาก

เราสนใจอะไร?

แน่นอนว่าทั้งหมดนี้ยอดเยี่ยมมากและการทำลายสถิติก็ดีเช่นกัน แต่ประเด็นคืออะไร? มีเหตุผลดีๆ มากมายในการทำความเข้าใจอุณหภูมิต่ำ ไม่ใช่แค่ในฐานะผู้ชนะเท่านั้น

ตัวอย่างเช่น คนดีๆ ที่ NIST อยากจะทำเช่นนั้น นาฬิกาเจ๋งๆ- มาตรฐานเวลาขึ้นอยู่กับสิ่งต่างๆ เช่น ความถี่ของอะตอมซีเซียม หากอะตอมของซีเซียมเคลื่อนที่มากเกินไป จะทำให้เกิดความไม่แน่นอนในการวัด ซึ่งจะทำให้นาฬิกาทำงานผิดปกติในที่สุด

แต่ที่สำคัญกว่านั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากมุมมองทางวิทยาศาสตร์ วัสดุมีพฤติกรรมผิดปกติที่อุณหภูมิต่ำมาก ตัวอย่างเช่น เช่นเดียวกับเลเซอร์ที่ทำจากโฟตอนที่ซิงโครไนซ์ซึ่งกันและกันที่ความถี่และเฟสเดียวกัน ดังนั้นวัสดุที่เรียกว่าคอนเดนเสทโบส-ไอน์สไตน์จึงถูกสร้างขึ้นได้ ในนั้นอะตอมทั้งหมดจะอยู่ในสถานะเดียวกัน หรือลองนึกภาพอะมัลกัมที่อะตอมแต่ละอะตอมสูญเสียความเป็นเอกเทศไป และมวลทั้งหมดก็ทำปฏิกิริยาเป็นซุปเปอร์อะตอมว่างหนึ่งอะตอม

ที่อุณหภูมิต่ำมาก วัสดุหลายชนิดจะกลายเป็นของเหลวยิ่งยวด ซึ่งหมายความว่าพวกมันไม่มีความหนืดเลย ซ้อนกันเป็นชั้นบางเฉียบ และแม้แต่ท้าทายแรงโน้มถ่วงเพื่อให้ได้พลังงานน้อยที่สุด นอกจากนี้ ที่อุณหภูมิต่ำ วัสดุหลายชนิดจะกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด ซึ่งหมายความว่าไม่มีความต้านทานไฟฟ้า

ตัวนำยิ่งยวดสามารถตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กภายนอกในลักษณะที่จะหักล้างพวกมันภายในโลหะได้อย่างสมบูรณ์ เป็นผลให้คุณสามารถรวมอุณหภูมิเย็นและแม่เหล็กเข้าด้วยกันและได้สิ่งที่คล้ายการลอยตัว

เหตุใดจึงมีศูนย์สัมบูรณ์ แต่ไม่ใช่ค่าสูงสุดสัมบูรณ์?

มาดูสุดขั้วอีกด้านกัน หากอุณหภูมิเป็นเพียงการวัดพลังงาน เราก็สามารถจินตนาการว่าอะตอมเข้าใกล้ความเร็วแสงมากขึ้นเรื่อยๆ สิ่งนี้ไม่สามารถดำเนินต่อไปได้ตลอดไปใช่ไหม?

คำตอบสั้นๆ คือ: เราไม่รู้ อาจเป็นไปได้ว่าจริงๆ แล้วมีอุณหภูมิที่ไม่มีที่สิ้นสุด แต่หากมีขีดจำกัดสัมบูรณ์ จักรวาลอายุน้อยก็ให้เบาะแสที่น่าสนใจบางอย่างว่ามันคืออะไร อุณหภูมิสูงสุดที่เคยรู้จัก (อย่างน้อยในจักรวาลของเรา) อาจเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่เรียกว่าเวลาของพลังค์

มันเป็นช่วงเวลา 10^-43 วินาทีหลังจากบิ๊กแบง เมื่อแรงโน้มถ่วงแยกออกจากกลศาสตร์ควอนตัมและฟิสิกส์กลายเป็นอย่างที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน อุณหภูมิในขณะนั้นอยู่ที่ประมาณ 10^32 เคลวิน ซึ่งร้อนกว่าภายในดวงอาทิตย์ของเราถึงล้านล้านเท่า

ขอย้ำอีกครั้งว่าเราไม่แน่ใจเลยว่าอุณหภูมินี้จะร้อนที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้หรือไม่ เนื่องจากเราไม่มีเลย รุ่นใหญ่จักรวาลในสมัยของพลังค์ เราไม่แน่ใจด้วยซ้ำว่าจักรวาลกำลังเดือดถึงสถานะเช่นนี้ ไม่ว่าในกรณีใด เราเข้าใกล้ศูนย์สัมบูรณ์มากกว่าความร้อนสัมบูรณ์หลายเท่า

- 48.67 กิโลไบต์

สถาบันการศึกษางบประมาณของรัฐบาลกลางด้านการศึกษาวิชาชีพระดับสูง

"มหาวิทยาลัยการสอนแห่งรัฐ Voronezh"

ภาควิชาฟิสิกส์ทั่วไป

ในหัวข้อ: “อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์”

เสร็จสิ้นโดย: นักศึกษาชั้นปีที่ 1 FMF

PI, Kondratenko อีรินา อเล็กซานดรอฟนา

ตรวจสอบโดย : ผู้ช่วยแผนกทั่วไป

นักฟิสิกส์ Afonin G.V.

โวโรเนซ-2013

การแนะนำ……………………………………………………. 3

1.ศูนย์สัมบูรณ์…………………………………………...4

2.ประวัติ………………………………………………………6

3. ปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ใกล้ศูนย์สัมบูรณ์………..9

บทสรุป………………………………………… 11

รายการวรรณกรรมที่ใช้แล้ว………………..12

การแนะนำ

หลายปีที่ผ่านมา นักวิจัยได้ก้าวไปสู่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ ดังที่ทราบกันดีว่าอุณหภูมิเท่ากับศูนย์สัมบูรณ์จะแสดงลักษณะของสถานะพื้นของระบบที่มีอนุภาคจำนวนมาก - สถานะที่มีพลังงานต่ำที่สุดที่เป็นไปได้ ซึ่งอะตอมและโมเลกุลทำการสั่นสะเทือนที่เรียกว่า "ศูนย์" ดังนั้น การทำความเย็นลึกใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ (ศูนย์สัมบูรณ์เชื่อว่าเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ) เปิดโอกาสให้ศึกษาคุณสมบัติของสสารได้อย่างไม่จำกัด

1. ศูนย์สัมบูรณ์

อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ (โดยทั่วไปน้อยกว่าคืออุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์) คือขีดจำกัดอุณหภูมิต่ำสุดที่ร่างกายในจักรวาลสามารถมีได้ ศูนย์สัมบูรณ์ทำหน้าที่เป็นจุดกำเนิดของระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์ เช่น ระดับเคลวิน ในปี พ.ศ. 2497 การประชุมใหญ่สามัญว่าด้วยน้ำหนักและการวัดได้กำหนดมาตราส่วนอุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์โดยมีจุดอ้างอิงหนึ่งจุด - จุดสามจุดของน้ำ ซึ่งอุณหภูมิอยู่ที่ 273.16 เคลวิน (แน่นอน) ซึ่งสอดคล้องกับ 0.01 °C ดังนั้น ในระดับเซลเซียส อุณหภูมิจะสอดคล้องกับศูนย์สัมบูรณ์ −273.15 °C

ภายในกรอบของการบังคับใช้อุณหพลศาสตร์ ในทางปฏิบัติไม่สามารถบรรลุศูนย์สัมบูรณ์ได้ การดำรงอยู่และตำแหน่งของมันในระดับอุณหภูมิตามมาจากการคาดการณ์ของปรากฏการณ์ทางกายภาพที่สังเกตได้และการประมาณค่าดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าที่ศูนย์สัมบูรณ์พลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลและอะตอมของสารควรเท่ากับศูนย์นั่นคือการเคลื่อนที่ที่วุ่นวายของอนุภาค หยุดและพวกมันก่อตัวเป็นโครงสร้างที่ได้รับคำสั่ง โดยมีตำแหน่งที่ชัดเจนที่โหนดของโครงตาข่ายคริสตัล (ฮีเลียมเหลวเป็นข้อยกเว้น) อย่างไรก็ตาม จากมุมมองของฟิสิกส์ควอนตัม และที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ จะเกิดการแกว่งเป็นศูนย์ ซึ่งมีสาเหตุจากคุณสมบัติควอนตัมของอนุภาคและสุญญากาศทางกายภาพที่อยู่รอบๆ

เนื่องจากอุณหภูมิของระบบมีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์สัมบูรณ์ เอนโทรปี ความจุความร้อน และสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของระบบก็มีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์เช่นกัน และการเคลื่อนที่อย่างวุ่นวายของอนุภาคที่ประกอบกันเป็นระบบก็หยุดลง กล่าวอีกนัยหนึ่ง สารนี้จะกลายเป็นสารยิ่งยวดที่มีความเป็นตัวนำยิ่งยวดและของเหลวยิ่งยวด

ในทางปฏิบัติอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์นั้นไม่สามารถบรรลุได้ และการได้รับอุณหภูมิที่ใกล้อุณหภูมินั้นมากแสดงถึงปัญหาการทดลองที่ซับซ้อน แต่ได้อุณหภูมิที่อยู่ห่างจากศูนย์สัมบูรณ์เพียงหนึ่งในล้านเท่านั้น -

ให้เราหาค่าของศูนย์สัมบูรณ์ในระดับเซลเซียส โดยให้ปริมาตร V เป็นศูนย์ และคำนึงถึงสิ่งนั้นด้วย

ดังนั้น อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์คือ -273°C

นี่คืออุณหภูมิสุดขั้วและต่ำสุดในธรรมชาติ ซึ่งเป็น "ระดับความหนาวเย็นที่ยิ่งใหญ่ที่สุดหรือครั้งสุดท้าย" ซึ่งเป็นการดำรงอยู่ของสิ่งที่ Lomonosov ทำนายไว้

รูปที่ 1. ระดับสัมบูรณ์และเซลเซียส

หน่วย SI ของอุณหภูมิสัมบูรณ์เรียกว่าเคลวิน (ตัวย่อ K) ดังนั้น หนึ่งองศาตามสเกลเซลเซียสจึงเท่ากับหนึ่งองศาตามสเกลเคลวิน: 1 °C = 1 K

ดังนั้น อุณหภูมิสัมบูรณ์จึงเป็นปริมาณอนุพันธ์ที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเซลเซียสและค่าที่กำหนดจากการทดลองของ a อย่างไรก็ตาม มันมีความสำคัญขั้นพื้นฐาน

จากมุมมองของทฤษฎีจลน์ศาสตร์ของโมเลกุล อุณหภูมิสัมบูรณ์มีความสัมพันธ์กับพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่ที่วุ่นวายของอะตอมหรือโมเลกุล ที่ T = 0 K การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลจะหยุดลง

2. ประวัติศาสตร์

แนวคิดทางกายภาพของ "อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์" มีความสำคัญมากสำหรับวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ สำคัญ: ที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับแนวคิดนี้คือแนวคิดเรื่องความเป็นตัวนำยิ่งยวดซึ่งการค้นพบนี้สร้างความรู้สึกที่แท้จริงในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ยี่สิบ

เพื่อให้เข้าใจว่าศูนย์สัมบูรณ์คืออะไร คุณควรหันไปดูผลงานของนักฟิสิกส์ชื่อดังเช่น G. Fahrenheit, A.Celsius, J. Gay-Lussac และ W. Thomson พวกเขาเป็นคนที่เล่น บทบาทสำคัญในการสร้างเครื่องวัดอุณหภูมิหลักที่ยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน

คนแรกที่เสนอระดับอุณหภูมิของเขาคือนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน G. Fahrenheit ในปี 1714 ในเวลาเดียวกัน อุณหภูมิของส่วนผสมซึ่งรวมถึงหิมะและแอมโมเนียถือเป็นศูนย์สัมบูรณ์ นั่นคือเป็นจุดต่ำสุดของมาตราส่วนนี้ ตัวชี้วัดสำคัญลำดับถัดมาคือ อุณหภูมิปกติร่างกายมนุษย์ซึ่งมีค่าเท่ากับ 1,000 ดังนั้นแต่ละส่วนของมาตราส่วนนี้จึงเรียกว่า "องศาฟาเรนไฮต์" และมาตราส่วนเองก็ถูกเรียกว่า "มาตราส่วนฟาเรนไฮต์"

30 ปีต่อมา เอ. เซลเซียส นักดาราศาสตร์ชาวสวีเดนได้เสนอมาตรวัดอุณหภูมิของตนเอง โดยประเด็นหลักคืออุณหภูมิละลายของน้ำแข็งและจุดเดือดของน้ำ มาตราส่วนนี้เรียกว่า "มาตราส่วนเซลเซียส" ซึ่งยังคงได้รับความนิยมในประเทศส่วนใหญ่ของโลก รวมถึงรัสเซียด้วย

ในปี 1802 ขณะทำการทดลองที่มีชื่อเสียงของเขา J. Gay-Lussac นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสค้นพบว่าปริมาตรของก๊าซที่ความดันคงที่นั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิโดยตรง แต่สิ่งที่น่าสงสัยที่สุดคือเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง 10 องศาเซลเซียส ปริมาตรของก๊าซจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงตามปริมาณที่เท่ากัน เมื่อทำการคำนวณที่จำเป็นแล้ว Gay-Lussac พบว่าค่านี้เท่ากับ 1/273 ของปริมาตรของก๊าซ กฎข้อนี้นำไปสู่ข้อสรุปที่ชัดเจน: อุณหภูมิเท่ากับ -273°C เป็นอุณหภูมิต่ำสุด แม้ว่าคุณจะเข้าใกล้อุณหภูมินั้น ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะบรรลุผลดังกล่าว อุณหภูมินี้เรียกว่า "อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์" ยิ่งไปกว่านั้น ศูนย์สัมบูรณ์ยังกลายเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการสร้างระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์ ซึ่งนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ดับเบิลยู. ทอมสัน หรือที่รู้จักในชื่อลอร์ดเคลวิน เข้ามามีส่วนร่วม งานวิจัยหลักของเขาเกี่ยวข้องกับการพิสูจน์ว่าไม่มีร่างกายใดในธรรมชาติที่สามารถระบายความร้อนให้ต่ำกว่าศูนย์สัมบูรณ์ได้ ในเวลาเดียวกันเขาใช้กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์อย่างแข็งขันดังนั้นจึงแนะนำโดยเขาในปี พ.ศ. 2391 ขนาดสัมบูรณ์อุณหภูมิเริ่มถูกเรียกว่าอุณหพลศาสตร์หรือ "มาตราส่วนเคลวิน" ในปีต่อ ๆ มาและทศวรรษต่อ ๆ มา มีเพียงการปรับปรุงแนวคิดเรื่อง "ศูนย์สัมบูรณ์" ในเชิงตัวเลขเท่านั้น

รูปที่ 2. ความสัมพันธ์ระหว่างระดับอุณหภูมิฟาเรนไฮต์ (F) เซลเซียส (C) และเคลวิน (K)

เป็นที่น่าสังเกตว่าศูนย์สัมบูรณ์มีบทบาทสำคัญมากในระบบ SI ประเด็นก็คือในปี 1960 ในการประชุมใหญ่สามัญเรื่องน้ำหนักและการวัดครั้งต่อไป หน่วยของอุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์ - เคลวิน - ได้กลายเป็นหนึ่งในหกหน่วยการวัดพื้นฐาน ในขณะเดียวกันก็กำหนดไว้เป็นพิเศษว่าหนึ่งองศาเคลวิน

มีตัวเลขเท่ากับหนึ่งองศาเซลเซียส แต่จุดอ้างอิง "ในหน่วยเคลวิน" มักจะถือว่าเป็นศูนย์สัมบูรณ์

ขั้นพื้นฐาน ความหมายทางกายภาพศูนย์สัมบูรณ์คือตามกฎฟิสิกส์พื้นฐาน ที่อุณหภูมิดังกล่าว พลังงานในการเคลื่อนที่ของอนุภาคมูลฐาน เช่น อะตอมและโมเลกุล จะเท่ากับศูนย์ และในกรณีนี้ การเคลื่อนไหวที่วุ่นวายของอนุภาคเดียวกันนี้ควรหยุดลง ที่อุณหภูมิเท่ากับศูนย์สัมบูรณ์ อะตอมและโมเลกุลจะต้องอยู่ในตำแหน่งที่ชัดเจนที่จุดหลักของโครงตาข่ายคริสตัล ทำให้เกิดระบบที่เป็นระเบียบ

ปัจจุบันนี้ นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจวัดอุณหภูมิที่สูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ได้เพียงไม่กี่ส่วนในล้านส่วนโดยใช้อุปกรณ์พิเศษ เป็นไปไม่ได้ทางกายภาพที่จะบรรลุค่านี้เองเนื่องจากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์

3. ปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์

ที่อุณหภูมิใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ ผลกระทบเชิงควอนตัมเพียงอย่างเดียวสามารถสังเกตได้ในระดับมหภาค เช่น:

1. ความเป็นตัวนำยิ่งยวดเป็นคุณสมบัติของวัสดุบางชนิดที่จะมีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์อย่างเคร่งครัดเมื่ออุณหภูมิถึงอุณหภูมิต่ำกว่าค่าที่กำหนด (อุณหภูมิวิกฤติ) เป็นที่รู้กันว่าสารประกอบ ธาตุบริสุทธิ์ โลหะผสม และเซรามิกหลายร้อยชนิดสามารถเปลี่ยนเป็นสถานะตัวนำยิ่งยวดได้

ตัวนำยิ่งยวดเป็นปรากฏการณ์ควอนตัม นอกจากนี้ยังโดดเด่นด้วยเอฟเฟกต์ Meissner ซึ่งประกอบด้วยการกระจัดของสนามแม่เหล็กโดยสมบูรณ์จากปริมาตรของตัวนำยิ่งยวด การมีอยู่ของผลกระทบนี้แสดงให้เห็นว่าตัวนำยิ่งยวดไม่สามารถอธิบายได้ง่ายๆ ว่าเป็นการนำไฟฟ้าในอุดมคติในความหมายดั้งเดิม เปิดดำเนินการในปี พ.ศ. 2529-2536 ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง (HTSC) จำนวนหนึ่งได้ผลักดันขีดจำกัดอุณหภูมิของตัวนำยิ่งยวดกลับออกไปไกล และทำให้สามารถใช้วัสดุตัวนำยิ่งยวดได้จริง ไม่เพียงแต่ที่อุณหภูมิฮีเลียมเหลว (4.2 K) เท่านั้น แต่ยังอยู่ที่จุดเดือดของของเหลวด้วย ไนโตรเจน (77 K) ซึ่งเป็นของเหลวแช่แข็งที่มีราคาถูกกว่ามาก

2. ของเหลวยิ่งยวด - ความสามารถของสารในสถานะพิเศษ (ของเหลวควอนตัม) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลงถึงศูนย์สัมบูรณ์ (เฟสเทอร์โมไดนามิก) เพื่อไหลผ่านช่องแคบและเส้นเลือดฝอยโดยไม่มีแรงเสียดทาน จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ความเป็นของเหลวยิ่งยวดเป็นที่รู้จักเฉพาะกับฮีเลียมเหลวเท่านั้น แต่ใน ปีที่ผ่านมานอกจากนี้ ยังมีการค้นพบความเป็นของเหลวยิ่งยวดในระบบอื่น เช่น ในตัวควบแน่นของอะตอมโบสที่ทำให้บริสุทธิ์และฮีเลียมแข็ง

อธิบายความเป็นไหลยิ่งยวดได้ดังนี้ เนื่องจากอะตอมของฮีเลียมเป็นโบซอน กลศาสตร์ควอนตัมจึงยอมให้อนุภาคอยู่ในสถานะเดียวกันได้ไม่จำกัดจำนวน เมื่อใกล้กับอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ อะตอมของฮีเลียมทั้งหมดจะอยู่ในสถานะพลังงานภาคพื้นดิน เนื่องจากพลังงานของรัฐไม่ต่อเนื่องกัน อะตอมจึงไม่สามารถรับพลังงานใดๆ ได้ แต่จะมีเพียงพลังงานเดียวเท่านั้นที่เท่ากับช่องว่างพลังงานระหว่างระดับพลังงานที่อยู่ติดกัน แต่ที่อุณหภูมิต่ำ พลังงานการชนกันอาจน้อยกว่าค่านี้ ซึ่งส่งผลให้การกระจายพลังงานไม่เกิดขึ้น ของเหลวจะไหลโดยไม่มีการเสียดสี

3. โบส - ไอน์สไตน์ คอนเดนเสท - สภาพร่างกายสารที่มีโบซอนเป็นหลัก ซึ่งทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ (น้อยกว่าหนึ่งในล้านขององศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์) ในสภาวะที่เย็นจัดอย่างยิ่ง อะตอมจำนวนมากเพียงพอจะพบว่าตัวเองอยู่ในสถานะควอนตัมขั้นต่ำที่เป็นไปได้ และผลกระทบของควอนตัมจะเริ่มปรากฏชัดในระดับมหภาค

บทสรุป

การศึกษาคุณสมบัติของสสารใกล้ศูนย์สัมบูรณ์เป็นที่สนใจอย่างมากสำหรับวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

คุณสมบัติหลายอย่างของสารที่ถูกปกคลุมที่อุณหภูมิห้องโดยปรากฏการณ์ทางความร้อน (เช่น สัญญาณรบกวนจากความร้อน) เริ่มชัดเจนมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่ออุณหภูมิลดลง ทำให้สามารถศึกษารูปแบบและความเชื่อมโยงที่มีอยู่ในรูปแบบที่บริสุทธิ์ได้ สาร. การวิจัยในสาขาอุณหภูมิต่ำทำให้สามารถค้นพบปรากฏการณ์ทางธรรมชาติใหม่ๆ มากมาย เช่น สภาพของเหลวยิ่งยวดของฮีเลียม และสภาพนำยิ่งยวดของโลหะ

ที่อุณหภูมิต่ำ คุณสมบัติของวัสดุจะเปลี่ยนแปลงอย่างมาก โลหะบางชนิดจะเพิ่มความแข็งแรงและมีความเหนียว ในขณะที่โลหะบางชนิดจะเปราะเหมือนแก้ว

การศึกษาคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ที่อุณหภูมิต่ำจะทำให้ในอนาคตสามารถสร้างสารใหม่ที่มีคุณสมบัติที่กำหนดไว้ล่วงหน้าได้ ทั้งหมดนี้มีคุณค่ามากสำหรับการออกแบบและสร้างยานอวกาศ สถานี และเครื่องมือต่างๆ

เป็นที่ทราบกันว่าในระหว่างการศึกษาเรดาร์ของวัตถุในจักรวาล สัญญาณวิทยุที่ได้รับมีขนาดเล็กมากและแยกแยะได้ยากจากเสียงต่างๆ ออสซิลเลเตอร์และแอมพลิฟายเออร์ระดับโมเลกุลที่สร้างขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้โดยนักวิทยาศาสตร์ทำงานที่อุณหภูมิต่ำมาก จึงมีระดับเสียงรบกวนต่ำมาก

ไฟฟ้าอุณหภูมิต่ำและ คุณสมบัติทางแม่เหล็กโลหะ เซมิคอนดักเตอร์ และไดอิเล็กทริกทำให้สามารถพัฒนาอุปกรณ์วิศวกรรมวิทยุพื้นฐานใหม่ในขนาดจุลภาคได้

อุณหภูมิต่ำพิเศษถูกใช้เพื่อสร้างสุญญากาศที่จำเป็น เช่น ในการใช้งานเครื่องเร่งอนุภาคนิวเคลียร์ขนาดยักษ์

รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้แล้ว

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

คำอธิบายสั้น ๆ

หลายปีที่ผ่านมา นักวิจัยได้ก้าวไปสู่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ ดังที่ทราบกันดีว่าอุณหภูมิเท่ากับศูนย์สัมบูรณ์จะแสดงลักษณะของสถานะพื้นของระบบที่มีอนุภาคจำนวนมาก - สถานะที่มีพลังงานต่ำที่สุดที่เป็นไปได้ ซึ่งอะตอมและโมเลกุลทำการสั่นสะเทือนที่เรียกว่า "ศูนย์" ดังนั้น การทำความเย็นลึกใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ (ศูนย์สัมบูรณ์เชื่อว่าเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ) เปิดโอกาสให้ศึกษาคุณสมบัติของสสารได้อย่างไม่จำกัด

อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์

อุณหภูมิจำกัดที่ทำให้ปริมาตรของก๊าซในอุดมคติกลายเป็นศูนย์จะถูกนำมาเป็น อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์

มาหาค่าศูนย์สัมบูรณ์ในระดับเซลเซียสกันดีกว่า
ปริมาตรที่เท่ากัน วีในสูตร (3.1) เป็นศูนย์ และคำนึงถึงสิ่งนั้นด้วย

.

ดังนั้นอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์จึงเท่ากับ

ที= –273 องศาเซลเซียส 2

นี่คืออุณหภูมิสุดขั้วและต่ำสุดในธรรมชาติ ซึ่งเป็น "ระดับความหนาวเย็นที่ยิ่งใหญ่ที่สุดหรือครั้งสุดท้าย" ซึ่งเป็นการดำรงอยู่ของสิ่งที่ Lomonosov ทำนายไว้

อุณหภูมิสูงสุดบนโลก - หลายร้อยล้านองศา - ได้มาจากการระเบิด ระเบิดแสนสาหัส- มากยิ่งขึ้น อุณหภูมิสูงลักษณะเฉพาะของบริเวณชั้นในของดาวฤกษ์บางดวง

2เพิ่มเติม ค่าที่แน่นอนศูนย์สัมบูรณ์: –273.15 °C

สเกลเคลวิน

นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ W. Kelvin แนะนำ ขนาดสัมบูรณ์อุณหภูมิ อุณหภูมิศูนย์บนสเกลเคลวินสอดคล้องกับศูนย์สัมบูรณ์ และหน่วยอุณหภูมิบนสเกลนี้เท่ากับหนึ่งองศาในสเกลเซลเซียส ดังนั้นอุณหภูมิสัมบูรณ์ ตสัมพันธ์กับอุณหภูมิในระดับเซลเซียสตามสูตร

ที = ที + 273. (3.2)

ในรูป 3.2 แสดงสเกลสัมบูรณ์และสเกลเซลเซียสเพื่อเปรียบเทียบ

หน่วย SI ของอุณหภูมิสัมบูรณ์เรียกว่า เคลวิน(ย่อว่า K) ดังนั้น หนึ่งองศาตามสเกลเซลเซียสจึงเท่ากับหนึ่งองศาตามสเกลเคลวิน:

ดังนั้น อุณหภูมิสัมบูรณ์ตามคำจำกัดความที่กำหนดโดยสูตร (3.2) จึงเป็นปริมาณอนุพัทธ์ที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเซลเซียสและค่าที่หาได้จากการทดลองของ a

ผู้อ่าน:อุณหภูมิสัมบูรณ์มีความหมายทางกายภาพอย่างไร?

ให้เราเขียนนิพจน์ (3.1) ในรูปแบบ

.

เมื่อพิจารณาว่าอุณหภูมิในระดับเคลวินสัมพันธ์กับอุณหภูมิในระดับเซลเซียสด้วยความสัมพันธ์ ที = ที + 273 เราได้รับ

ที่ไหน ต 0 = 273 K หรือ

เนื่องจากความสัมพันธ์นี้ใช้ได้กับอุณหภูมิที่กำหนด ตจากนั้นกฎของเกย์-ลุสซักสามารถกำหนดได้ดังนี้:

สำหรับมวลของก๊าซที่กำหนดที่ p = const ความสัมพันธ์ต่อไปนี้ถือเป็น:

งาน 3.1ที่อุณหภูมิ ต 1 = ปริมาตรก๊าซ 300 K วี 1 = 5.0 ลิตร กำหนดปริมาตรของก๊าซที่ความดันและอุณหภูมิเท่ากัน ต= 400 ก.

หยุด! ตัดสินใจด้วยตัวเอง: A1, B6, C2

ปัญหา 3.2.ในระหว่างการทำความร้อนแบบไอโซบาริก ปริมาตรอากาศเพิ่มขึ้น 1% อุณหภูมิสัมบูรณ์เพิ่มขึ้นกี่เปอร์เซ็นต์?

= 0,01.

คำตอบ: 1 %.

จำสูตรผลลัพธ์ที่ได้

หยุด! ตัดสินใจด้วยตัวเอง: A2, A3, B1, B5

กฎของชาร์ลส์

ชาร์ลส์ นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสค้นพบการทดลองว่าหากก๊าซได้รับความร้อนจนปริมาตรคงที่ ความดันของก๊าซจะเพิ่มขึ้น การขึ้นอยู่กับความดันต่ออุณหภูมิมีรูปแบบ:

ร(ที) = พี 0 (1 + ข ที), (3.6)

ที่ไหน ร(ที) – ความดันที่อุณหภูมิ ทีองศาเซลเซียส; ร 0 – ความดันที่ 0 °C; b คือค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความดัน ซึ่งมีค่าเท่ากันสำหรับก๊าซทุกชนิด: 1/K

ผู้อ่าน:น่าประหลาดใจที่ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความดัน b เท่ากับค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงปริมาตร a ทุกประการ!

ลองหามวลของก๊าซที่มีปริมาตรมา วี 0 ที่อุณหภูมิ ต 0 และความดัน ร 0 . เป็นครั้งแรกที่เราจะรักษาแรงดันแก๊สให้คงที่โดยให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิหนึ่ง ต 1. จากนั้นก๊าซก็จะมีปริมาตร วี 1 = วี 0 (1 + ก ที) และแรงกดดัน ร 0 .

ครั้งที่สองโดยรักษาปริมาตรของก๊าซให้คงที่เราให้ความร้อนที่อุณหภูมิเดียวกัน ต 1. จากนั้นแก๊สก็จะมีแรงดัน ร 1 = ร 0 (1 + ข ที) และระดับเสียง วี 0 .

เนื่องจากในทั้งสองกรณีอุณหภูมิของก๊าซจะเท่ากัน กฎของบอยล์–มาริโอตจึงใช้ได้:

พี 0 วี 1 = พี 1 วี 0 Þ ร 0 วี 0 (1 + ก ที) = ร 0 (1 + ข ที)วี 0 Þ

Þ 1 + ก เสื้อ = 1 + ข ทีÞ ก = ข

จึงไม่น่าแปลกใจที่ a = b ไม่!

ให้เราเขียนกฎของชาร์ลส์ใหม่ในรูปแบบ

.

เมื่อพิจารณาแล้วว่า ต = ที°ซ + 273 °ซ, ต 0 = 273 °C เราได้