สิ่งที่เรียกว่าศูนย์สัมบูรณ์ อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์คือจุดที่การเคลื่อนที่ของโมเลกุลหยุดลง

สถาบันการศึกษางบประมาณของรัฐบาลกลางด้านการศึกษาวิชาชีพระดับสูง

"มหาวิทยาลัยการสอนแห่งรัฐ Voronezh"

ภาควิชาฟิสิกส์ทั่วไป

ในหัวข้อ: " ศูนย์สัมบูรณ์อุณหภูมิ"

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 (โดยทั่วไปน้อยกว่า - อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์) - ขีดจำกัดอุณหภูมิต่ำสุดที่สามารถเป็นได้ ร่างกายในจักรวาล 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

ความหมายทางกายภาพหลักของศูนย์สัมบูรณ์ก็คือ ตามกฎฟิสิกส์พื้นฐาน พลังงานของการเคลื่อนที่ที่อุณหภูมิดังกล่าว อนุภาคมูลฐานเช่น อะตอมและโมเลกุล มีค่าเท่ากับศูนย์ และในกรณีนี้ การเคลื่อนไหวที่วุ่นวายของอนุภาคเดียวกันนี้ควรหยุดลง ที่อุณหภูมิเท่ากับศูนย์สัมบูรณ์ อะตอมและโมเลกุลจะต้องอยู่ในตำแหน่งที่ชัดเจนที่จุดหลักของโครงตาข่ายคริสตัล ทำให้เกิดระบบที่เป็นระเบียบ

ปัจจุบันนี้ นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจวัดอุณหภูมิที่สูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ได้เพียงไม่กี่ส่วนในล้านส่วนโดยใช้อุปกรณ์พิเศษ เป็นไปไม่ได้ทางกายภาพที่จะบรรลุค่านี้เนื่องจากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์

3. ปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์

ที่อุณหภูมิใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ ผลกระทบเชิงควอนตัมเพียงอย่างเดียวสามารถสังเกตได้ในระดับมหภาค เช่น:

1. ความเป็นตัวนำยิ่งยวดเป็นคุณสมบัติของวัสดุบางชนิดที่จะมีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์อย่างเคร่งครัดเมื่ออุณหภูมิถึงอุณหภูมิต่ำกว่าค่าที่กำหนด (อุณหภูมิวิกฤติ) เป็นที่รู้กันว่าสารประกอบ ธาตุบริสุทธิ์ โลหะผสม และเซรามิกหลายร้อยชนิดสามารถเปลี่ยนเป็นสถานะตัวนำยิ่งยวดได้

ตัวนำยิ่งยวดเป็นปรากฏการณ์ควอนตัม นอกจากนี้ยังโดดเด่นด้วยเอฟเฟกต์ Meissner ซึ่งประกอบด้วยการกระจัดโดยสมบูรณ์ สนามแม่เหล็กจากปริมาตรของตัวนำยิ่งยวด 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 superfluidity เป็นที่รู้จักเฉพาะกับฮีเลียมเหลวเท่านั้น 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) ในสภาวะที่เย็นสบายเช่นนี้ก็เพียงพอแล้ว จำนวนมากอะตอมพบว่าตัวเองอยู่ในสถานะควอนตัมขั้นต่ำที่เป็นไปได้ และผลกระทบทางควอนตัมเริ่มปรากฏให้เห็นในระดับมหภาค

บทสรุป

การศึกษาคุณสมบัติของสสารใกล้ศูนย์สัมบูรณ์เป็นที่สนใจอย่างมากสำหรับวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

คุณสมบัติหลายอย่างของสารซึ่งถูกปกคลุมที่อุณหภูมิห้องโดยปรากฏการณ์ทางความร้อน (เช่น สัญญาณรบกวนจากความร้อน) เริ่มปรากฏให้เห็นมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่ออุณหภูมิลดลง ทำให้สามารถศึกษารูปแบบและความเชื่อมโยงที่มีอยู่ในรูปแบบที่บริสุทธิ์ได้ สาร. การวิจัยในด้านอุณหภูมิต่ำทำให้สามารถค้นพบปรากฏการณ์ทางธรรมชาติใหม่ๆ มากมาย เช่น สภาพของเหลวยิ่งยวดของฮีเลียม และสภาพนำยิ่งยวดของโลหะ

ที่อุณหภูมิต่ำ คุณสมบัติของวัสดุจะเปลี่ยนแปลงอย่างมาก โลหะบางชนิดจะเพิ่มความแข็งแรงและมีความเหนียว ในขณะที่โลหะบางชนิดจะเปราะเหมือนแก้ว

การศึกษาคุณสมบัติทางเคมีกายภาพที่อุณหภูมิต่ำจะทำให้ในอนาคตสามารถสร้างสารใหม่ที่มีคุณสมบัติที่กำหนดไว้ล่วงหน้าได้ ทั้งหมดนี้มีคุณค่ามากสำหรับการออกแบบและสร้างยานอวกาศ สถานี และเครื่องมือต่างๆ

เป็นที่ทราบกันว่าในระหว่างการศึกษาเรดาร์ของวัตถุในจักรวาล สัญญาณวิทยุที่ได้รับมีขนาดเล็กมากและแยกแยะได้ยากจากเสียงต่างๆ ออสซิลเลเตอร์และแอมพลิฟายเออร์ระดับโมเลกุลที่สร้างขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้โดยนักวิทยาศาสตร์ทำงานที่อุณหภูมิต่ำมาก จึงมีระดับเสียงรบกวนต่ำมาก

ไฟฟ้าอุณหภูมิต่ำและ คุณสมบัติทางแม่เหล็กโลหะ เซมิคอนดักเตอร์ และไดอิเล็กทริกทำให้สามารถพัฒนาอุปกรณ์วิทยุพื้นฐานใหม่ในขนาดจุลภาคได้

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

เมื่อรายงานสภาพอากาศคาดการณ์ว่าอุณหภูมิใกล้ศูนย์ คุณไม่ควรไปลานสเก็ต เพราะน้ำแข็งจะละลาย อุณหภูมิหลอมละลายของน้ำแข็งอยู่ที่ 0 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นระดับอุณหภูมิที่พบบ่อยที่สุด
เราคุ้นเคยกับค่าลบองศาเซลเซียสสเกล-องศาเซลเซียส<ниже нуля>, องศาความเย็น. ที่สุด อุณหภูมิต่ำบนโลกถูกบันทึกไว้ในทวีปแอนตาร์กติกา: -88.3°C อุณหภูมิที่ต่ำกว่านั้นก็เป็นไปได้นอกโลก บนพื้นผิวดวงจันทร์ในเวลาเที่ยงคืนของดวงจันทร์ อุณหภูมิอาจสูงถึง -160°C
แต่อุณหภูมิที่ต่ำโดยพลการไม่สามารถมีได้ทุกที่
อุณหภูมิที่ต่ำมาก - ศูนย์สัมบูรณ์ - ในระดับเซลเซียสสอดคล้องกับ - 273.16°
ระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์หรือระดับเคลวินมีต้นกำเนิดจากศูนย์สัมบูรณ์ น้ำแข็งละลายที่ 273.16° เคลวิน และน้ำเดือดที่ 373.16° K ดังนั้น องศา K เท่ากับ องศา C แต่ในระดับเคลวิน อุณหภูมิทั้งหมดจะเป็นค่าบวก
ทำไม 0°K ถึงเป็นขีดจำกัดความเย็น? ความร้อนคือการเคลื่อนที่อย่างวุ่นวายของอะตอมและโมเลกุลของสาร เมื่อสารเย็นลงก็จะถูกดึงออกไปพลังงานความร้อน<пляска>อนุภาคจะหยุดเกือบสมบูรณ์ อะตอมและโมเลกุลจะแข็งตัวอย่างสมบูรณ์ที่อุณหภูมิซึ่งถือเป็นศูนย์สัมบูรณ์ ตามหลักการกลศาสตร์ควอนตัม

ที่ศูนย์สัมบูรณ์ การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอนุภาคจะหยุดลง แต่ตัวอนุภาคเองก็จะไม่แข็งตัว เนื่องจากพวกมันไม่สามารถอยู่นิ่งได้อย่างสมบูรณ์ ดังนั้น ที่ศูนย์สัมบูรณ์ อนุภาคจะต้องคงการเคลื่อนที่บางประเภทไว้ ซึ่งเรียกว่าการเคลื่อนที่เป็นศูนย์<идти медленнее, чем стоять на месте>.

อย่างไรก็ตาม การทำให้สารเย็นลงที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์สัมบูรณ์ถือเป็นแนวคิดที่ไม่มีความหมายเท่ากับความตั้งใจ
ยิ่งกว่านั้น แม้แต่การบรรลุศูนย์สัมบูรณ์ที่แน่นอนก็แทบจะเป็นไปไม่ได้เลย คุณสามารถใกล้ชิดกับเขามากขึ้นเท่านั้น เนื่องจากไม่มีทางที่จะดึงพลังงานความร้อนของสารออกไปได้ทั้งหมด พลังงานความร้อนบางส่วนยังคงอยู่ที่การทำความเย็นที่ลึกที่สุด
คุณจะได้รับอุณหภูมิที่ต่ำมากได้อย่างไร?
การแช่แข็งสารนั้นยากกว่าการให้ความร้อน สิ่งนี้สามารถเห็นได้จากการเปรียบเทียบการออกแบบเตาและตู้เย็น
ในตู้เย็นในครัวเรือนและอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ความร้อนจะถูกกำจัดออกไปเนื่องจากการระเหยของของเหลวพิเศษ - ฟรีออนซึ่งไหลเวียนผ่านท่อโลหะ ความลับก็คือฟรีออนสามารถคงอยู่ในสถานะของเหลวได้ที่อุณหภูมิต่ำเพียงพอเท่านั้น ในช่องตู้เย็นเนื่องจากความร้อนของห้อง มันจึงร้อนและเดือดจนกลายเป็นไอน้ำ แต่ไอน้ำจะถูกบีบอัดโดยคอมเพรสเซอร์ ทำให้เป็นของเหลวและเข้าสู่เครื่องระเหย เพื่อเติมเต็มการสูญเสียฟรีออนที่ระเหยไป พลังงานถูกใช้ไปเพื่อใช้งานคอมเพรสเซอร์ ในอุปกรณ์ทำความเย็นแบบลึก ตัวพาความเย็นนั้นเป็นของเหลวที่มีความเย็นเป็นพิเศษ - ฮีเลียมเหลว ไม่มีสี สว่าง (เบากว่าน้ำ 8 เท่า) เมื่อเดือดความดันบรรยากาศ
ที่ 4.2°K และในสุญญากาศ - ที่ 0.7°K ไอโซโทปฮีเลียมแสงจะได้อุณหภูมิที่ต่ำกว่านี้: 0.3°K
ฮีเลียมเหลวที่เกิดขึ้นจะถูกเก็บไว้ในกระติกน้ำร้อนพิเศษ - ขวด Dewar
ราคาของของเหลวที่เย็นมากนี้ (ของเหลวเดียวที่ไม่แข็งตัวที่ศูนย์สัมบูรณ์) กลายเป็นว่าค่อนข้างสูง อย่างไรก็ตาม ฮีเลียมเหลวมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นเรื่อยๆ ในทุกวันนี้ ไม่เพียงแต่ในด้านวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงในอุปกรณ์ทางเทคนิคต่างๆ ด้วย อุณหภูมิต่ำสุดทำได้ในลักษณะที่แตกต่างออกไป ปรากฎว่าโมเลกุลของเกลือบางชนิด เช่น โพแทสเซียมโครเมียมสารส้ม สามารถหมุนไปตามเส้นแรงแม่เหล็กได้ เกลือนี้ถูกทำให้เย็นลงล่วงหน้าด้วยฮีเลียมเหลวจนถึง 1°K และวางไว้ในสนามแม่เหล็กแรงสูง ในกรณีนี้โมเลกุลจะหมุนไปตามสายไฟ

และความร้อนที่ปล่อยออกมาจะถูกกำจัดออกไปโดยฮีเลียมเหลว จากนั้นสนามแม่เหล็กจะถูกลบออกอย่างกะทันหัน โมเลกุลจะหมุนไปในทิศทางที่ต่างกันอีกครั้ง และถูกใช้จ่ายออกไป
งานนี้นำไปสู่การทำให้เกลือเย็นลงอีก นี่คือวิธีที่เราได้อุณหภูมิ 0.001° K หากใช้วิธีที่คล้ายกันในหลักการ โดยใช้สารอื่นๆ เราจะได้อุณหภูมิที่ต่ำลงอีก

อุณหภูมิต่ำสุดที่ได้รับบนโลกคือ 0.00001° K

ความเป็นของเหลวยิ่งยวด

สารที่ถูกแช่แข็งจนถึงอุณหภูมิต่ำมากในอ่างฮีเลียมเหลวจะเปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัด ยางจะเปราะ ตะกั่วจะแข็งเหมือนเหล็กและยืดหยุ่น โลหะผสมหลายชนิดเพิ่มความแข็งแรง
ฮีเลียมเหลวนั้นมีพฤติกรรมแปลกประหลาด ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 2.2° K จะได้คุณสมบัติที่ไม่เคยมีมาก่อนสำหรับของเหลวธรรมดา - สภาพของเหลวยิ่งยวด: บางส่วนสูญเสียความหนืดไปโดยสิ้นเชิงและไหลผ่านรอยแตกที่แคบที่สุดโดยไม่มีการเสียดสี
ปรากฏการณ์นี้ถูกค้นพบในปี 1937 โดย P. JI นักวิชาการฟิสิกส์ชาวโซเวียต
กะปิตสาจึงได้รับการอธิบายโดยนักวิชาการเจไอ ดี. แลนเดา. ปรากฎว่าที่อุณหภูมิต่ำมาก กฎควอนตัมของพฤติกรรมของสสารเริ่มมีผลที่เห็นได้ชัดเจน ตามที่กฎหมายข้อใดข้อหนึ่งกำหนดไว้ พลังงานสามารถถ่ายโอนจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายได้เฉพาะในส่วนที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนเท่านั้น นั่นก็คือควอนตัม ปริมาณความร้อนในฮีเลียมเหลวมีน้อยมากจนไม่เพียงพอสำหรับอะตอมทั้งหมด ส่วนของของเหลวที่ปราศจากควอนตัมความร้อนจะคงอยู่ราวกับอุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์ อะตอมของมันไม่มีส่วนร่วมในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนแบบสุ่มเลยและไม่มีปฏิกิริยาใด ๆ กับผนังของภาชนะ ส่วนนี้ (เรียกว่าฮีเลียม-H) มีความไหลยิ่งยวด เมื่ออุณหภูมิลดลง ฮีเลียม-P จะมีมากขึ้นเรื่อยๆ และเมื่อถึงศูนย์สัมบูรณ์ ฮีเลียมทั้งหมดจะกลายเป็นฮีเลียม-Hปัจจุบัน สารไหลยิ่งยวดได้รับการศึกษาอย่างละเอียดและยังพบว่ามีประโยชน์อีกด้วย

การประยุกต์ใช้จริง

ใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ การเปลี่ยนแปลงที่น่าสนใจอย่างยิ่งเกิดขึ้นด้วย คุณสมบัติทางไฟฟ้าวัสดุบางอย่าง
ในปี 1911 Kamerlingh Onnes นักฟิสิกส์ชาวดัตช์ได้ค้นพบโดยไม่คาดคิด: ปรากฎว่าที่อุณหภูมิ 4.12 ° K ปรอทจะหายไปอย่างสมบูรณ์ ความต้านทานไฟฟ้า- ดาวพุธกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด
กระแสไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำในวงแหวนตัวนำยิ่งยวดจะไม่ตายและสามารถไหลได้เกือบตลอดไป<гроб Магомета>เหนือวงแหวนดังกล่าว ลูกบอลตัวนำยิ่งยวดจะลอยอยู่ในอากาศและไม่ตกเหมือนในเทพนิยาย
เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของมันได้รับการชดเชยด้วยแรงผลักแม่เหล็กระหว่างวงแหวนกับลูกบอล ท้ายที่สุดแล้ว กระแสต่อเนื่องในวงแหวนจะสร้างสนามแม่เหล็ก และในทางกลับกัน จะเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าในลูกบอลและทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่มีทิศทางตรงกันข้าม
นอกจากปรอทแล้ว ดีบุก ตะกั่ว สังกะสี และอลูมิเนียมยังมีตัวนำยิ่งยวดใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ คุณสมบัตินี้พบได้ในธาตุ 23 ชนิดและโลหะผสมและสารประกอบทางเคมีอื่นๆ มากกว่าร้อยชนิด
อุณหภูมิที่ตัวนำยิ่งยวดปรากฏ (อุณหภูมิวิกฤติ) ครอบคลุมช่วงค่อนข้างกว้าง - ตั้งแต่ 0.35° K (แฮฟเนียม) ถึง 18° K (โลหะผสมไนโอเบียม-ดีบุก)
ปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวด เช่น ซุปเปอร์- มีการศึกษาความลื่นไหลอย่างละเอียด การขึ้นอยู่กับอุณหภูมิวิกฤติโครงสร้างภายใน
วัสดุและสนามแม่เหล็กภายนอก

ทฤษฎีเชิงลึกเกี่ยวกับความเป็นตัวนำยิ่งยวดได้รับการพัฒนา (การสนับสนุนที่สำคัญเกิดขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียต N. N. Bogolyubov)<танцуя>สาระสำคัญของปรากฏการณ์ที่ขัดแย้งกันนี้คือควอนตัมล้วนๆ ที่อุณหภูมิต่ำมาก อิเล็กตรอนจะเข้ามา<прутьями решетки>ตัวนำยิ่งยวดก่อตัวเป็นระบบของอนุภาคที่ถูกจับกันเป็นคู่ซึ่งไม่สามารถให้พลังงานแก่โครงตาข่ายคริสตัลหรือพลังงานควอนตัมที่สิ้นเปลืองไปเมื่อให้ความร้อน อิเล็กตรอนคู่เคลื่อนที่ราวกับว่า
, ระหว่าง
- ไอออนและบายพาสพวกมันโดยไม่เกิดการชนและการถ่ายโอนพลังงาน
การนำยิ่งยวดถูกนำมาใช้มากขึ้นในเทคโนโลยี ตัวอย่างเช่นในทางปฏิบัติมีการใช้โซลินอยด์ตัวนำยิ่งยวด - ขดลวดของตัวนำยิ่งยวดที่แช่อยู่ในฮีเลียมเหลว เมื่อกระแสเหนี่ยวนำและเป็นผลให้สนามแม่เหล็กสามารถเก็บไว้ในนั้นได้นานเท่าที่ต้องการมันมีขนาดมหึมา - มากกว่า 100,000 ตัว ในอนาคตอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดทางอุตสาหกรรมที่ทรงพลังจะปรากฏขึ้นอย่างไม่ต้องสงสัย - มอเตอร์ไฟฟ้าแม่เหล็กไฟฟ้า ฯลฯ<шумы>อุปกรณ์. ในเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ อนาคตอันสดใสได้รับการสัญญาไว้สำหรับสวิตช์ตัวนำยิ่งยวดที่ใช้พลังงานต่ำ - ไครโอตรอน (ดูข้อ 13)<Пути электроники>).
ไม่ใช่เรื่องยากเลยที่จะจินตนาการว่าการเลื่อนการทำงานของอุปกรณ์ดังกล่าวไปสู่บริเวณที่มีอุณหภูมิสูงกว่าและเข้าถึงได้มากขึ้นนั้นน่าดึงดูดใจเพียงใด ใน เมื่อเร็วๆ นี้ความหวังในการสร้างตัวนำยิ่งยวดของฟิล์มโพลีเมอร์เปิดขึ้น ลักษณะเฉพาะของการนำไฟฟ้าในวัสดุดังกล่าวถือเป็นโอกาสอันยอดเยี่ยมในการรักษาความเป็นตัวนำยิ่งยวดแม้ในอุณหภูมิห้อง นักวิทยาศาสตร์กำลังมองหาวิธีที่จะบรรลุความหวังนี้อย่างต่อเนื่อง

ในส่วนลึกของดวงดาว

ทีนี้เรามาดูอาณาจักรของสิ่งที่ร้อนแรงที่สุดในโลก - ในส่วนลึกของดวงดาวกัน ที่อุณหภูมิสูงถึงล้านองศา
การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนแบบสุ่มในดาวฤกษ์มีความรุนแรงมากจนอะตอมทั้งหมดไม่สามารถดำรงอยู่ตรงนั้นได้ พวกมันจะถูกทำลายในการชนกันนับครั้งไม่ถ้วน
สารที่มีความร้อนมากไม่สามารถเป็นได้ทั้งของแข็ง ของเหลว และก๊าซ อยู่ในสถานะพลาสมา กล่าวคือ เป็นส่วนผสมของประจุไฟฟ้า<осколков>อะตอม - นิวเคลียสของอะตอมและอิเล็กตรอน
พลาสมาเป็นสถานะของสสารที่มีลักษณะเฉพาะ เนื่องจากอนุภาคมีประจุไฟฟ้า จึงมีความไวต่อแรงไฟฟ้าและแม่เหล็ก ดังนั้นความใกล้ชิดของนิวเคลียสของอะตอมสองตัว (พวกมันมีประจุบวก) จึงเป็นปรากฏการณ์ที่หาได้ยาก เฉพาะที่ความหนาแน่นสูงและอุณหภูมิสูงเท่านั้นที่นิวเคลียสของอะตอมจะชนกันจึงสามารถเข้ามาใกล้กันได้ จากนั้นปฏิกิริยาแสนสาหัสก็เกิดขึ้นซึ่งเป็นแหล่งพลังงานสำหรับดวงดาว
ดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เรามากที่สุดคือดวงอาทิตย์ประกอบด้วยไฮโดรเจนพลาสมาเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งถูกให้ความร้อนในลำไส้ของดาวฤกษ์ถึง 10 ล้านองศา ภายใต้สภาวะดังกล่าว จะเกิดการเผชิญหน้ากันอย่างใกล้ชิดของนิวเคลียสไฮโดรเจน - โปรตอนที่รวดเร็ว แม้ว่าจะพบได้ยากก็ตาม บางครั้งโปรตอนที่เข้ามาใกล้จะมีปฏิกิริยาโต้ตอบ: เมื่อเอาชนะแรงผลักทางไฟฟ้า พวกมันจะตกอยู่ในพลังของแรงดึงดูดนิวเคลียร์ขนาดยักษ์อย่างรวดเร็ว<падают>ซ้อนทับกันและรวมเข้าด้วยกัน ที่นี่การปรับโครงสร้างใหม่เกิดขึ้นทันที: แทนที่จะเป็นโปรตอนสองตัว ดิวเทอรอน (นิวเคลียสของไอโซโทปไฮโดรเจนหนัก) ปรากฏขึ้น โพซิตรอนและนิวตริโน พลังงานที่ปล่อยออกมาคือ 0.46 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV)
โปรตอนสุริยะแต่ละตัวสามารถเกิดปฏิกิริยาดังกล่าวได้โดยเฉลี่ยทุกๆ 14 พันล้านปี แต่มีโปรตอนจำนวนมากในลำไส้ของแสง เหตุการณ์ที่ไม่น่าเป็นไปได้นี้เกิดขึ้นที่นี่และที่นั่น และดาวของเราก็เผาไหม้ด้วยเปลวไฟที่สุกใสสม่ำเสมอ
การสังเคราะห์ดิวเทอรอนเป็นเพียงก้าวแรกของการเปลี่ยนแปลงแสนสาหัสจากแสงอาทิตย์ ดิวเทอรอนแรกเกิดเร็วๆ นี้ (โดยเฉลี่ยหลังจากผ่านไป 5.7 วินาที) จะรวมตัวกับโปรตอนอีกตัวหนึ่ง นิวเคลียสฮีเลียมเบาและรังสีแกมมาปรากฏขึ้นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า
- ปล่อยพลังงานออกมา 5.48 MeV
ในที่สุด โดยเฉลี่ยทุกๆ ล้านปี นิวเคลียสฮีเลียมเบา 2 นิวเคลียสสามารถมาบรรจบกันและรวมกันได้ จากนั้นนิวเคลียสของฮีเลียมธรรมดา (อนุภาคอัลฟา) จะถูกสร้างขึ้น และโปรตอนสองตัวจะถูกแยกออก ปล่อยพลังงานออกมา 12.85 MeV<конвейер>สามขั้นตอนนี้<сгорает>ปฏิกิริยาแสนสาหัสไม่ได้เป็นเพียงปฏิกิริยาเดียวเท่านั้น<золу>มีการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์อีกสายหนึ่งซึ่งเร็วกว่า นิวเคลียสอะตอมของคาร์บอนและไนโตรเจนมีส่วนร่วม (โดยไม่ต้องบริโภค) แต่ในทั้งสองทางเลือก อนุภาคอัลฟาถูกสังเคราะห์จากนิวเคลียสของไฮโดรเจน หากพูดเป็นรูปเป็นร่าง พลาสมาไฮโดรเจนของดวงอาทิตย์ , กลายเป็น!
- ฮีเลียมพลาสมา และในระหว่างการสังเคราะห์พลาสมาฮีเลียมแต่ละกรัม พลังงานจะถูกปล่อยออกมา 175,000 กิโลวัตต์ชั่วโมง<худеет>จำนวนมหาศาล<горючего>ทุก ๆ วินาที ดวงอาทิตย์ปล่อยพลังงานออกมา 4,1,033 เอิร์ก โดยสูญเสียน้ำหนักสสารไป 4,1,012 กรัม (4 ล้านตัน) แต่มวลรวมของดวงอาทิตย์คือ 2,1027 ตัน ซึ่งหมายความว่าในหนึ่งล้านปี ดวงอาทิตย์ก็จะได้รับรังสี
เพียงหนึ่งในสิบล้านของมวลเท่านั้น ตัวเลขเหล่านี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงประสิทธิผลของปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์และค่าความร้อนมหาศาลของพลังงานแสงอาทิตย์ - ไฮโดรเจนเห็นได้ชัดว่าฟิวชั่นเทอร์โมนิวเคลียร์เป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับดาวฤกษ์ทุกดวง<зола>ที่<горючим>อุณหภูมิที่แตกต่างกัน
และความหนาแน่นของภายในดาวฤกษ์ ปฏิกิริยาประเภทต่างๆ ก็เกิดขึ้น โดยเฉพาะแสงอาทิตย์ -ฮีเลียมนิวเคลียส - ที่ 100 ล้านองศา ตัวมันเองจะกลายเป็นเทอร์โมนิวเคลียร์- จากนั้นแม้แต่นิวเคลียสของอะตอมที่หนักกว่า เช่น คาร์บอนและแม้แต่ออกซิเจน ก็สามารถสังเคราะห์ได้จากอนุภาคแอลฟาได้<Вселенная вчера, сегодня и завтра>).

ตามที่นักวิทยาศาสตร์หลายคนกล่าวว่า Metagalaxy ทั้งหมดของเราโดยรวมก็เป็นผลไม้เช่นกัน

ฟิวชั่นแสนสาหัส<горючего>ซึ่งเกิดขึ้นที่อุณหภูมิหนึ่งพันล้านองศา (ดูข้อ.
<Горючего>มุ่งหน้าสู่ดวงอาทิตย์เทียม
ค่าความร้อนพิเศษของเทอร์โมนิวเคลียร์
กระตุ้นให้นักวิทยาศาสตร์บรรลุการนำปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันไปใช้จริง<горючее>- มีไอโซโทปไฮโดรเจนมากมายบนโลกของเรา ตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจนทริเทียมที่มีมวลยิ่งยวดสามารถผลิตได้จากโลหะลิเธียมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และไฮโดรเจนหนัก-ดิวเทอเรียมก็เป็นส่วนหนึ่งของน้ำหนักซึ่งสามารถสกัดได้จากน้ำธรรมดา
ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขครั้งแรกในระเบิดไฮโดรเจน ไอโซโทปของไฮโดรเจนจุดติดไฟจากการระเบิด ระเบิดปรมาณูซึ่งมาพร้อมกับการให้ความร้อนแก่สารถึงหลายสิบล้านองศา ในระเบิดไฮโดรเจนเวอร์ชันหนึ่ง เชื้อเพลิงแสนสาหัสคือ สารประกอบเคมีไฮโดรเจนหนักที่มีลิเธียมเบา - ลิเธียมดิวเทอไรด์แบบเบา ผงสีขาวนี้คล้ายกับเกลือแกง<воспламеняясь>จาก<спички>ซึ่งเป็นระเบิดปรมาณูระเบิดทันทีและสร้างอุณหภูมิหลายร้อยล้านองศา
เพื่อเริ่มต้นปฏิกิริยาแสนสาหัสอย่างสันติ ก่อนอื่นเราต้องเรียนรู้วิธีให้ความร้อนไอโซโทปไฮโดรเจนในพลาสมาที่มีความหนาแน่นเพียงพอในปริมาณเล็กน้อยจนถึงอุณหภูมิหลายร้อยล้านองศาโดยไม่ต้องใช้ระเบิดปรมาณู ปัญหานี้เป็นหนึ่งในปัญหาที่ยากที่สุดในฟิสิกส์ประยุกต์สมัยใหม่ นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกได้ศึกษาเรื่องนี้มาหลายปีแล้ว
เราได้กล่าวไปแล้วว่าเป็นการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่วุ่นวายซึ่งสร้างความร้อนให้กับร่างกายและพลังงานเฉลี่ยของการเคลื่อนไหวแบบสุ่มนั้นสอดคล้องกับอุณหภูมิ การอุ่นร่างกายให้เย็นหมายถึงการสร้างความผิดปกตินี้ในทางใดทางหนึ่ง
ลองนึกภาพนักวิ่งสองกลุ่มวิ่งเข้าหากัน ดังนั้นพวกเขาจึงปะทะกัน ปะปนกัน ความหลงใหลและความสับสนเริ่มขึ้น
วุ่นวายมาก! ในทำนองเดียวกัน ในตอนแรกนักฟิสิกส์พยายามที่จะได้รับอุณหภูมิสูงโดยการชนกับไอพ่นก๊าซแรงดันสูง
- ก๊าซร้อนถึง 10,000 องศา ครั้งหนึ่งนี่เป็นบันทึก: อุณหภูมิสูงกว่าบนพื้นผิวดวงอาทิตย์
แต่ด้วยวิธีนี้ การให้ความร้อนของก๊าซโดยไม่ระเบิดค่อนข้างช้าและไม่ระเบิดนั้นเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากความผิดปกติของความร้อนจะแพร่กระจายไปทุกทิศทางในทันที ทำให้ผนังของห้องทดลองและสิ่งแวดล้อมอุ่นขึ้น ความร้อนที่เกิดขึ้นจะออกจากระบบอย่างรวดเร็วและไม่สามารถแยกออกจากระบบได้
จริงอยู่ พลาสมาไม่สามารถป้องกันการสูญเสียความร้อนได้ด้วยภาชนะที่ทำจากแม้แต่สารที่ทนไฟได้มากที่สุด เมื่อสัมผัสกับผนังทึบ พลาสมาร้อนจะเย็นลงทันที แต่คุณสามารถลองจับและให้ความร้อนพลาสมาได้โดยสร้างการสะสมในสุญญากาศเพื่อไม่ให้สัมผัสกับผนังห้อง แต่แขวนอยู่ในความว่างเปล่าโดยไม่สัมผัสอะไรเลย ในที่นี้เราควรใช้ประโยชน์จากข้อเท็จจริงที่ว่าอนุภาคพลาสมาไม่เป็นกลางเหมือนอะตอมของก๊าซ แต่มีประจุไฟฟ้า ดังนั้นเมื่อเคลื่อนที่จึงสัมผัสกับแรงแม่เหล็ก ภารกิจเกิดขึ้น: สร้างสนามแม่เหล็กที่มีรูปแบบพิเศษซึ่งพลาสมาร้อนจะแขวนราวกับอยู่ในถุงที่มีผนังที่มองไม่เห็น
แบบฟอร์มที่ง่ายที่สุดพลังงานประเภทนี้ถูกสร้างขึ้นโดยอัตโนมัติเมื่อมีการส่งพัลส์ที่แรงผ่านพลาสมา กระแสไฟฟ้า- ในกรณีนี้ แรงแม่เหล็กจะเกิดขึ้นรอบๆ สายพลาสมา ซึ่งมีแนวโน้มที่จะบีบอัดสาย
พลาสมาถูกแยกออกจากผนังของท่อระบาย และที่แกนของสายไฟในการบดอัดของอนุภาค อุณหภูมิจะสูงขึ้นถึง 2 ล้านองศา
ในประเทศของเรา การทดลองดังกล่าวเกิดขึ้นในปี 1950 ภายใต้การนำของนักวิชาการ JI A. Artsimovich และ M. A. Leontovich
การทดลองอีกประการหนึ่งคือการใช้ขวดแม่เหล็กซึ่งเสนอในปี 1952 โดยนักฟิสิกส์ชาวโซเวียต G.I. Budker ซึ่งปัจจุบันเป็นนักวิชาการ ขวดแม่เหล็กวางอยู่ในห้องไม้ก๊อก - ห้องสุญญากาศทรงกระบอกซึ่งมีขดลวดภายนอกซึ่งควบแน่นที่ปลายห้อง กระแสที่ไหลผ่านขดลวดจะสร้างสนามแม่เหล็กในห้อง เส้นสนามที่อยู่ตรงกลางนั้นขนานกับกำเนิดของกระบอกสูบ และที่ส่วนท้ายจะถูกบีบอัดและสร้างปลั๊กแม่เหล็ก อนุภาคพลาสมาที่ถูกฉีดเข้าไปในขวดแม่เหล็กจะขดตัวอยู่รอบๆ เส้นสนาม และสะท้อนจากปลั๊ก เป็นผลให้พลาสมายังคงอยู่ในขวดเป็นระยะเวลาหนึ่ง หากพลังงานของอนุภาคพลาสมาที่ใส่เข้าไปในขวดสูงเพียงพอและมีจำนวนมากพวกมันจะเข้าสู่ปฏิกิริยาของแรงที่ซับซ้อนการเคลื่อนไหวที่ได้รับคำสั่งในตอนแรกจะสับสนกลายเป็นไม่เป็นระเบียบ - อุณหภูมิของนิวเคลียสของไฮโดรเจนเพิ่มขึ้นเป็นสิบล้าน องศา<ударами>ความร้อนเพิ่มเติมทำได้โดยแม่เหล็กไฟฟ้า โดยพลาสมา การบีบอัดสนามแม่เหล็ก ฯลฯ ขณะนี้พลาสมาของนิวเคลียสไฮโดรเจนหนักได้รับความร้อนถึงหลายร้อยล้านองศา จริงอยู่สามารถทำได้โดยเวลาอันสั้น
เพื่อเริ่มต้นปฏิกิริยายั่งยืนในตัวเอง อุณหภูมิและความหนาแน่นของพลาสมาจะต้องเพิ่มขึ้นอีก นี่เป็นเรื่องยากที่จะบรรลุผล อย่างไรก็ตาม ดังที่นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าปัญหานั้นสามารถแก้ไขได้อย่างไม่ต้องสงสัย

จี.บี. อันฟิลอฟ

อนุญาตให้โพสต์รูปถ่ายและอ้างอิงบทความจากเว็บไซต์ของเราไปยังแหล่งข้อมูลอื่นได้ โดยมีเงื่อนไขว่าต้องระบุลิงก์ไปยังแหล่งที่มาและรูปถ่าย

ร่างกายใดๆ รวมถึงวัตถุทั้งหมดในจักรวาล มีอุณหภูมิต่ำสุดหรือขีดจำกัด จุดเริ่มต้นของระดับอุณหภูมิใดๆ ถือเป็นค่าของอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ แต่นี่เป็นเพียงในทางทฤษฎีเท่านั้น การเคลื่อนไหวที่วุ่นวายของอะตอมและโมเลกุลซึ่งทำให้พลังงานหมดในเวลานี้ยังไม่ได้หยุดในทางปฏิบัติ

นี่คือสาเหตุหลักที่ทำให้อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์ไม่สามารถเข้าถึงได้ ยังคงมีการอภิปรายเกี่ยวกับผลที่ตามมาของกระบวนการนี้ จากมุมมองของอุณหพลศาสตร์ ขีดจำกัดนี้ไม่สามารถบรรลุได้ เนื่องจากการเคลื่อนที่ทางความร้อนของอะตอมและโมเลกุลหยุดลงอย่างสมบูรณ์ และเกิดโครงตาข่ายคริสตัลขึ้น

ตัวแทนของฟิสิกส์ควอนตัมมองเห็นการแกว่งเป็นศูนย์ขั้นต่ำที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์

ค่าของอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์คืออะไร และเหตุใดจึงไม่สามารถทำได้

ในการประชุมใหญ่สามัญว่าด้วยการชั่งตวงวัดซึ่งเป็นเกณฑ์มาตรฐานหรือจุดอ้างอิงสำหรับ เครื่องมือวัดซึ่งกำหนดตัวบ่งชี้อุณหภูมิ

ในปัจจุบัน ในระบบหน่วยสากล จุดอ้างอิงสำหรับมาตราส่วนเซลเซียสคือ 0°C สำหรับการแช่แข็ง และ 100°C สำหรับการเดือด ค่าของอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์จะเท่ากับ −273.15°C

โดยใช้ค่าอุณหภูมิตามสเกลเคลวินเช่นเดียวกัน ระบบสากลหน่วยการวัด น้ำจะเดือดที่ค่าอ้างอิง 99.975°C ศูนย์สัมบูรณ์เท่ากับ 0 องศาฟาเรนไฮต์ตามมาตราส่วนสอดคล้องกับ -459.67 องศา

แต่หากได้รับข้อมูลเหล่านี้แล้ว เหตุใดจึงเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติที่จะบรรลุอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์? เพื่อการเปรียบเทียบ เราสามารถใช้ความเร็วแสงที่รู้จักกันดี ซึ่งเท่ากับค่าทางกายภาพคงที่ที่ 1,079,252,848.8 กม./ชม.

อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถบรรลุคุณค่านี้ได้ในทางปฏิบัติ ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นในการส่ง สภาวะ และการดูดกลืนแสงที่ต้องการ ปริมาณมากอนุภาคพลังงาน เพื่อให้ได้ค่าอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ จำเป็นต้องใช้พลังงานส่งออกจำนวนมาก และไม่มีแหล่งที่มาเพื่อป้องกันไม่ให้เข้าสู่อะตอมและโมเลกุล

แต่แม้ในสภาวะสุญญากาศโดยสมบูรณ์ นักวิทยาศาสตร์ก็ไม่สามารถรับความเร็วแสงหรืออุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ได้

เหตุใดจึงเป็นไปได้ที่จะมีอุณหภูมิประมาณศูนย์ แต่ไม่ใช่ศูนย์สัมบูรณ์?

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อวิทยาศาสตร์สามารถเข้าใกล้อุณหภูมิที่ต่ำมากของศูนย์สัมบูรณ์ได้ เหลือเพียงทฤษฎีอุณหพลศาสตร์และฟิสิกส์ควอนตัมเท่านั้น อะไรคือสาเหตุที่ทำให้อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์ไม่สามารถทำได้ในทางปฏิบัติ

ความพยายามที่ทราบทั้งหมดในการทำให้สารเย็นลงถึงขีดจำกัดต่ำสุดเนื่องจากการสูญเสียพลังงานสูงสุดส่งผลให้ความจุความร้อนของสารถึงค่าต่ำสุดเช่นกัน โมเลกุลไม่สามารถละทิ้งพลังงานที่เหลืออยู่ได้อีกต่อไป เป็นผลให้กระบวนการทำความเย็นหยุดลงโดยไม่ถึงศูนย์สัมบูรณ์

เมื่อศึกษาพฤติกรรมของโลหะภายใต้สภาวะที่ใกล้กับอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ นักวิทยาศาสตร์พบว่าอุณหภูมิที่ลดลงสูงสุดควรกระตุ้นให้เกิดการสูญเสียความต้านทาน

แต่การหยุดการเคลื่อนที่ของอะตอมและโมเลกุลเพียงนำไปสู่การก่อตัวของโครงตาข่ายคริสตัลซึ่งอิเล็กตรอนที่ผ่านจะถ่ายโอนพลังงานส่วนหนึ่งไปยังอะตอมที่นิ่ง อีกครั้ง มันเป็นไปไม่ได้ที่จะไปถึงศูนย์สัมบูรณ์

ในปี พ.ศ. 2546 อุณหภูมิยังต่ำกว่าศูนย์สัมบูรณ์เพียงครึ่งพันล้านเท่านั้น นักวิจัยของ NASA ใช้โมเลกุล Na เพื่อทำการทดลอง ซึ่งมักจะอยู่ในสนามแม่เหล็กและสูญเสียพลังงานไป

ความสำเร็จของนักวิทยาศาสตร์ใกล้เคียงที่สุด มหาวิทยาลัยเยลซึ่งในปี 2014 บรรลุเป้าหมายที่ 0.0025 เคลวิน ผลลัพธ์ที่ได้คือสารประกอบสตรอนเทียม โมโนฟลูออไรด์ (SrF) อยู่ได้เพียง 2.5 วินาที และสุดท้ายก็ยังสลายตัวเป็นอะตอม

อุณหภูมิจำกัดที่ปริมาตรของก๊าซในอุดมคติกลายเป็นศูนย์จะถือเป็นอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม ปริมาตรของก๊าซจริงที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ไม่สามารถหายไปได้ การจำกัดอุณหภูมินี้สมเหตุสมผลหรือไม่?

อุณหภูมิที่ จำกัด ซึ่งดำรงอยู่ตามมาจากกฎเกย์ - ลูสแซกนั้นสมเหตุสมผลเนื่องจากเป็นไปได้ในทางปฏิบัติที่จะนำคุณสมบัติของก๊าซจริงเข้าใกล้คุณสมบัติของก๊าซในอุดมคติมากขึ้น ในการทำเช่นนี้คุณจะต้องใช้ก๊าซที่ทำให้บริสุทธิ์มากขึ้นเพื่อให้ความหนาแน่นของมันมีแนวโน้มเป็นศูนย์ ที่จริงแล้ว เมื่ออุณหภูมิลดลง ปริมาตรของก๊าซดังกล่าวจะมีแนวโน้มถึงขีดจำกัดใกล้กับศูนย์

มาหาค่าศูนย์สัมบูรณ์ในระดับเซลเซียสกันดีกว่า ปริมาตรที่เท่ากัน วีวีสูตร (3.6.4) เป็นศูนย์ และคำนึงถึงสิ่งนั้นด้วย

ดังนั้นอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์จึงเท่ากับ

* ค่าศูนย์สัมบูรณ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้น: -273.15 °C

นี่คืออุณหภูมิสุดขั้วและต่ำสุดในธรรมชาติ ซึ่งเป็น "ระดับความหนาวเย็นที่ยิ่งใหญ่ที่สุดหรือครั้งสุดท้าย" ซึ่งเป็นการดำรงอยู่ของสิ่งที่ Lomonosov ทำนายไว้

สเกลเคลวิน

เคลวิน วิลเลียม (ทอมสัน ดับเบิลยู.) (พ.ศ. 2367-2450) - นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษที่โดดเด่นซึ่งเป็นหนึ่งในผู้ก่อตั้งอุณหพลศาสตร์และทฤษฎีจลน์ศาสตร์ระดับโมเลกุลของก๊าซ

เคลวินแนะนำระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์และให้หนึ่งในสูตรของกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ในรูปแบบของความเป็นไปไม่ได้ที่จะเปลี่ยนความร้อนให้เป็นงานโดยสมบูรณ์ เขาคำนวณขนาดของโมเลกุลโดยอาศัยการวัดพลังงานพื้นผิวของของเหลว ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับการวางสายโทรเลขข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก เคลวินได้พัฒนาทฤษฎีการแกว่งของแม่เหล็กไฟฟ้าและได้สูตรสำหรับคาบการแกว่งอิสระในวงจร สำหรับความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ของเขา W. Thomson ได้รับตำแหน่งลอร์ดเคลวิน

นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ดับบลิว. เคลวินแนะนำระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์ อุณหภูมิศูนย์บนสเกลเคลวินสอดคล้องกับศูนย์สัมบูรณ์ และหน่วยอุณหภูมิบนสเกลนี้เท่ากับหนึ่งองศาในสเกลเซลเซียส ดังนั้นอุณหภูมิสัมบูรณ์ ตสัมพันธ์กับอุณหภูมิในระดับเซลเซียสตามสูตร

(3.7.6)

รูปที่ 3.11 แสดงสเกลสัมบูรณ์และสเกลเซลเซียสเพื่อเปรียบเทียบ

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

ดังนั้น อุณหภูมิสัมบูรณ์ตามคำจำกัดความที่กำหนดโดยสูตร (3.7.6) จึงเป็นปริมาณอนุพัทธ์ที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเซลเซียสและค่าที่หาได้จากการทดลองของ a อย่างไรก็ตาม มันมีความสำคัญขั้นพื้นฐาน

จากมุมมองของทฤษฎีจลน์ศาสตร์ของโมเลกุล อุณหภูมิสัมบูรณ์มีความสัมพันธ์กับพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่ที่วุ่นวายของอะตอมหรือโมเลกุล ที่ ที =โอเค การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลหยุดลง ซึ่งจะกล่าวถึงรายละเอียดเพิ่มเติมในบทที่ 4

การขึ้นอยู่กับปริมาตรกับอุณหภูมิสัมบูรณ์

เมื่อใช้มาตราส่วนเคลวิน กฎของเกย์-ลุสซัก (3.6.4) สามารถเขียนในรูปแบบที่ง่ายกว่าได้ เพราะ

(3.7.7)

ปริมาตรของก๊าซที่มีมวลที่กำหนดที่ความดันคงที่จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์

ตามมาว่าอัตราส่วนของปริมาตรของก๊าซที่มีมวลเท่ากันในสถานะต่าง ๆ ที่ความดันเท่ากันจะเท่ากับอัตราส่วนของอุณหภูมิสัมบูรณ์:

(3.7.8)

มีอุณหภูมิต่ำสุดที่เป็นไปได้ที่ปริมาตร (และความดัน) ของก๊าซในอุดมคติจะหายไป นี่คืออุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์:-273 องศาเซลเซียส สะดวกในการนับอุณหภูมิจากศูนย์สัมบูรณ์ นี่คือวิธีการสร้างสเกลอุณหภูมิสัมบูรณ์

อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์

อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์- นี่คือขีดจำกัดอุณหภูมิต่ำสุดที่ร่างกายสามารถมีได้ ศูนย์สัมบูรณ์ทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์ เช่น ระดับเคลวิน ในระดับเซลเซียส ศูนย์สัมบูรณ์จะสัมพันธ์กับอุณหภูมิ −273.15 °C

เชื่อกันว่าศูนย์สัมบูรณ์นั้นไม่สามารถบรรลุได้ในทางปฏิบัติ การดำรงอยู่และตำแหน่งของมันในระดับอุณหภูมิตามมาจากการคาดการณ์ของสิ่งที่สังเกตได้ ปรากฏการณ์ทางกายภาพในขณะที่การคาดการณ์ดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าที่ศูนย์สัมบูรณ์พลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลและอะตอมของสารควรเท่ากับศูนย์นั่นคือการเคลื่อนที่ที่วุ่นวายของอนุภาคหยุดและพวกมันก่อตัวเป็นโครงสร้างที่ได้รับคำสั่งซึ่งมีตำแหน่งที่ชัดเจนที่ โหนดของโครงตาข่ายคริสตัล อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริง แม้ที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ การเคลื่อนที่ปกติของอนุภาคที่ประกอบเป็นสสารจะยังคงอยู่ การแกว่งที่เหลือ เช่น การแกว่งจุดศูนย์ เนื่องมาจากคุณสมบัติควอนตัมของอนุภาคและสุญญากาศทางกายภาพที่ล้อมรอบอนุภาคเหล่านั้น

ปัจจุบันอยู่ใน ห้องปฏิบัติการทางกายภาพสามารถบรรลุอุณหภูมิที่เกินศูนย์สัมบูรณ์ได้เพียงไม่กี่ในล้านองศาเท่านั้น การที่จะบรรลุผลสำเร็จตามกฎของอุณหพลศาสตร์นั้นเป็นไปไม่ได้

หมายเหตุ

วรรณกรรม

• ก.เบอร์มิน. โจมตีศูนย์สัมบูรณ์ - อ.: “วรรณกรรมเด็ก”, 2526.

ดูเพิ่มเติม

มูลนิธิวิกิมีเดีย

• 2010.
• อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์

อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์

ดูว่า "อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์" ในพจนานุกรมอื่น ๆ คืออะไร:อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์

- อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์คือขีดจำกัดอุณหภูมิต่ำสุดที่ร่างกายสามารถมีได้ ศูนย์สัมบูรณ์ทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์ เช่น ระดับเคลวิน ในระดับเซลเซียส ค่าศูนย์สัมบูรณ์จะสอดคล้องกับ... ... วิกิพีเดียศูนย์สัมบูรณ์ - ABSOLUTE ZERO อุณหภูมิที่ส่วนประกอบทั้งหมดของระบบมีจำนวนน้อยที่สุด พลังงานที่อนุญาตตามกฎหมายของ QUANTUM MECHANICS เป็นศูนย์ในระดับอุณหภูมิเคลวิน หรือ 273.15°C (459.67° ฟาเรนไฮต์) อุณหภูมิขนาดนี้...

พจนานุกรมสารานุกรมวิทยาศาสตร์และเทคนิค

ระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์อุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์สัมบูรณ์

- การเคลื่อนที่ของความร้อนที่วุ่นวายบนระนาบของอนุภาคก๊าซ เช่น อะตอม และโมเลกุล อุณหภูมิมีคำจำกัดความอยู่ 2 ประการ อันหนึ่งจากมุมมองจลน์ศาสตร์ของโมเลกุล และอีกอันจากมุมมองทางอุณหพลศาสตร์ อุณหภูมิ (จากภาษาละติน temperatura เหมาะสม ... ... Wikipediaอุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์สัมบูรณ์