الصفر المطلق

تشرح هذه المقالة ما هي درجة حرارة الصفر المطلق. بالإضافة إلى ذلك، ستكتشف قيمة الصفر المطلق في مقاييس حرارية مختلفة، بالإضافة إلى تاريخ الصفر المطلق.

ما هو الصفر المطلق؟

الصفر المطلق هو أدنى قيمة لدرجة الحرارة يمكن الوصول إليها. الصفر المطلق هو نقطة البداية لمقياس كلفن الحراري، وبالمثل، الصفر المطلق يساوي -273.15 درجة مئوية أو -459.67 درجة فهرنهايت.

إن درجة حرارة الجسم تنتج عن حركة جزيئاته، أي أنه كلما ارتفعت درجة حرارة الجسم، زاد اهتزاز جزيئاته. لذلك، من الناحية النظرية، عند درجة حرارة الصفر المطلق، لا تتحرك الجسيمات. ومع ذلك، وفقًا لمبادئ ميكانيكا الكم، عند الصفر المطلق، يجب أن تكون هناك طاقة متبقية.

وبهذا المعنى، ووفقاً للقانون الثالث للديناميكا الحرارية، فإنه من المستحيل الوصول إلى الصفر المطلق للديناميكا الحرارية. في الواقع، الحد الأدنى لدرجة الحرارة التي تم الوصول إليها هو 38 pK (0.000000000038 K) فوق الصفر المطلق؛ درجة حرارة الصفر المطلق لم تصل بعد.

قيمة الصفر المطلق

قيمة درجة حرارة الصفر المطلق في المقاييس الحرارية المختلفة هي:

مقياس درجة الحرارة	قيمة الصفر المطلق
درجة مئوية	-273.15 درجة مئوية
كلفن	0 ك
درجة فهرنهايت	-459.67 درجة فهرنهايت
دبلومات رانكين	0 درجة مئوية

ولذلك فإن مقياسي درجة حرارة كلفن ورانكين مطلقان لأنهما يأخذان درجة حرارة الصفر عند الصفر المطلق. على الرغم من أن مقياسي مئوية وفهرنهايت نسبيتان لأن درجة حرارتهما الصفرية هي قيمة أخرى، لذلك توجد درجات حرارة سلبية على هذين المقياسين.

درجات الحرارة قريبة من الصفر المطلق

وبالنظر إلى تعريف درجة حرارة الصفر المطلق، سنرى في هذا القسم القيم الحرارية التي تم تسجيلها قريبة جدًا من الصفر المطلق. علماً بأن غياب درجة الحرارة لم يتحقق بعد.

ومن المعروف أن هناك مناطق في النظام الشمسي تقترب درجة حرارتها من -240 درجة مئوية. على سبيل المثال، في فوهات القطب الجنوبي للقمر.

بالإضافة إلى ذلك، يبلغ متوسط درجة حرارة الكون حوالي -270.42 درجة مئوية، وهي قيمة قريبة جدًا من الصفر المطلق ولكنها لا تصل بعد إلى -273.15 درجة مئوية.

وأخيرًا، تم الوصول إلى الرقم القياسي لأدنى درجة حرارة تم تسجيلها على الإطلاق في عام 2021، عندما تم الوصول إلى درجة حرارة 38 بي كلفن (0.000000000038 كلفن). ومن الناحية المنطقية، لم تكن درجة الحرارة هذه طبيعية، بل تم الحصول عليها بشكل مصطنع من خلال تجربة علمية.

تاريخ الصفر المطلق

وفي هذا القسم الأخير سنرى أصل مفهوم الصفر المطلق، لأنه أقدم مما يبدو.

بالفعل في اليونان القديمة، بدأ النظر في وجود درجة حرارة الصفر المطلق. يعتقد بارمينيدس الإيلي (570 قبل الميلاد – 475 قبل الميلاد) أنه تم العثور على مادة عنصرية عند درجة الحرارة هذه. في وقت لاحق، أعطى بلوتارخ خيرونيا (46-120)، اسم Primum Frigidum لهذه المادة النظرية.

في عام 1665، نشر روبرت بويل منشورًا ( تجارب وملاحظات جديدة على الصفر المطلق ) استنتج فيه أن البرودة هي غياب حركة الجسيمات. كما أثبت أيضًا أن البرد ليس كمية موجبة، ولكنه ببساطة نقص في الحرارة. . علاوة على ذلك، قال بويل إنه يجب على العلماء أن يفكروا أولاً في وجود مادة Primum Frigidum قبل مناقشة طبيعتها.

في بداية القرن السابع عشر، أجرى غيوم أمونتون (1663-1705) عدة تجارب تتعلق بقياس درجة الحرارة باستخدام مقياس حرارة الهواء. ولاحظ الفرنسي أنه على نطاق واسع من درجات الحرارة، كان انخفاض درجة الحرارة متناسبًا مع انخفاض الضغط الجوي. ولذلك، توصل إلى استنتاج مفاده أن الصفر المطلق سيحدث عندما يكون الضغط الجوي صفراً. أشار استقراء نتائج أمونتون إلى أن الصفر المطلق سيكون عند -240 درجة مئوية.

بناءً على الأسس التي وضعها أمونتون، كرر يوهان هاينريش لامبرت (1728-1777) تجاربه، ولكن بمزيد من العناية وباستخدام أدوات أفضل. وهكذا، قرر أن الصفر المطلق كان عند -270 درجة مئوية، وهو تقريب أفضل بكثير من ذي قبل. ومن ناحية أخرى، قال إن الصفر المطلق يجب أن يسمى البرد المطلق .

وأخيرا، اقترب ويليام طومسون (1824-1907)، المعروف أيضا باسم اللورد كلفن، من معنى الصفر المطلق من زاوية مختلفة. في عام 1848، أنشأ مقياس كلفن الحراري، استنادًا فقط إلى المبادئ الأساسية للديناميكا الحرارية وبالتالي فهو مستقل عن الخواص الحرارية لأي مادة. بالإضافة إلى ذلك فقد استفاد من النتائج التي حصل عليها كارنو في بحثه حول كفاءة المحرك الحراري. في مقياس درجة الحرارة هذا، وضع الصفر المطلق عند -273.15 درجة مئوية.