本文解释什么是绝对零温度。此外,您还将了解不同温度尺度下绝对零的值,以及绝对零的历史。
什么是绝对零?
绝对零是可以达到的最低温度值。绝对零是开尔文温度计的起点,同样,绝对零等于-273.15°C 或-459.67°F。
物体的温度是由其粒子的运动引起的,即物体的温度越高,其粒子的振动越大。因此,理论上,在绝对零温度下,粒子不会移动。然而,根据量子力学原理,绝对零时必定存在残余能量。
从这个意义上来说,根据热力学第三定律,不可能达到热力学的绝对零。事实上,达到的最低温度比绝对零高 38 pK (0.000000000038 K);尚未达到绝对零温度。
绝对零值
不同温度标度下的绝对零温度值为:
温标 | 绝对零值 |
---|---|
摄氏度 | -273.15℃ |
开尔文 | 0K |
华氏度 | -459.67°F |
兰金文凭 | 0°R |
因此,开尔文温标和兰金温标是绝对温标,因为它们的零温度取绝对零。尽管摄氏和华氏温标是相对的,因为它们的零温度是另一个值,所以这些温标上存在负温度。
温度接近绝对零
考虑到绝对零温度的定义,在本节中我们将看到记录的温度值非常接近绝对零。请注意,尚未实现无温度。
据了解,太阳系中存在温度接近-240℃的区域。例如,在月球南极的陨石坑中。
此外,宇宙的平均温度约为-270.42℃,该值非常接近绝对零,但仍未达到-273.15℃。
最后,有记录以来的最低温度记录于 2021 年达到,当时温度达到 38 pK (0.000000000038 K)。按理来说,这个温度并不是自然产生的,而是通过科学实验人为获得的。
绝对零的历史
在最后一节中,我们将看到绝对零概念的起源,因为它比看起来更古老。
早在古希腊,人们就开始考虑绝对零温度的存在。埃利亚的巴门尼德(公元前570年-公元前475年)相信在这个温度下发现了一种元素物质。后来,喀罗尼亚的普鲁塔克(Plutarch of Chaeronea,46-120)将这种理论物质命名为“Primum Frigidum” 。
1665 年,罗伯特·波义耳 (Robert Boyle) 发表了一篇出版物( 《绝对零的新实验和观察》),其中他得出结论,冷是因为不存在粒子运动。他还指出,寒冷并不是一个正量,而只是缺乏热量。 。此外,博伊尔认为科学家在讨论其性质之前应该首先考虑寒冷原物质的存在。
17世纪初,纪尧姆·阿蒙顿(Guillaume Amontons,1663-1705)进行了多项与使用空气温度计测量温度相关的实验。法国人观察到,在很宽的温度范围内,温度的下降与大气压力的下降成正比。因此,他得出结论:当大气压为零时,就会出现绝对零。阿蒙顿结果的外推表明,-240°C 时绝对为零。
约翰·海因里希·兰伯特(Johan Heinrich Lambert,1728-1777)在阿蒙顿建立的基础上重复了他的实验,但更加小心并使用了更好的仪器。因此,他确定绝对零值是 -270°C,这是比以前更好的近似值。另一方面,他又说,绝对的零应该叫绝对的寒冷。
最后,威廉·汤姆森(William Thomson,1824-1907),也被称为开尔文勋爵,从不同的角度探讨了绝对零的含义。 1848 年,他创建了开尔文测温标度,该标度完全基于热力学的基本原理,因此与任何物质的热性质无关。此外,他在热机效率的研究中还利用了卡诺取得的成果。在这个建立的温标中,他将绝对零设置为 -273.15°C。