In diesem Artikel wird erklärt, was der absolute Nullpunkt ist. Darüber hinaus erfahren Sie, wie hoch der Wert des absoluten Nullpunkts in verschiedenen thermometrischen Skalen ist, sowie über die Geschichte des absoluten Nullpunkts.
Was ist der absolute Nullpunkt?
Der absolute Nullpunkt ist der niedrigste erreichbare Temperaturwert. Der absolute Nullpunkt ist der Startpunkt der Kelvin-Thermometerskala. Ebenso entspricht der absolute Nullpunkt -273,15 °C oder -459,67 °F.
Die Temperatur eines Körpers entsteht durch die Bewegung seiner Teilchen, das heißt je höher die Temperatur eines Körpers, desto stärker schwingen seine Teilchen. Daher bewegen sich die Teilchen theoretisch beim absoluten Nullpunkt nicht. Nach den Prinzipien der Quantenmechanik muss jedoch beim absoluten Nullpunkt Restenergie vorhanden sein.
In diesem Sinne ist es nach dem dritten Hauptsatz der Thermodynamik unmöglich, den absoluten Nullpunkt der Thermodynamik zu erreichen. Tatsächlich liegt die erreichte Mindesttemperatur 38 pK (0,000000000038 K) über dem absoluten Nullpunkt; die Temperatur des absoluten Nullpunkts ist noch nicht erreicht.
Absoluter Nullwert
Der Wert der absoluten Nulltemperatur in den verschiedenen thermometrischen Skalen beträgt:
| Temperaturskala | Absoluter Nullwert |
|---|---|
| Grad Celsius | -273,15 °C |
| Kelvin | 0K |
| Grad Fahrenheit | -459,67 °F |
| Rankine-Diplome | 0ºR |
Daher sind die Kelvin- und Rankine-Temperaturskalen absolut, da sie ihre Nulltemperatur beim absoluten Nullpunkt annehmen. Obwohl die Celsius- und Fahrenheit-Skalen relativ sind, weil ihre Nulltemperatur ein anderer Wert ist, gibt es auf diesen Skalen negative Temperaturen.
Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt
In Anbetracht der Definition der absoluten Nulltemperatur werden wir in diesem Abschnitt die thermometrischen Werte sehen, die sehr nahe am absoluten Nullpunkt aufgezeichnet wurden. Beachten Sie, dass die Abwesenheit von Temperatur noch nicht erreicht wurde.
Es ist bekannt, dass es im Sonnensystem Gebiete gibt, in denen die Temperatur nahe bei -240 °C liegt. Zum Beispiel in den Kratern am Südpol des Mondes.
Darüber hinaus liegt die durchschnittliche Temperatur des Universums bei etwa -270,42 °C, ein Wert, der sehr nahe am absoluten Nullpunkt liegt, aber immer noch nicht -273,15 °C erreicht.
Schließlich wurde der Rekord für die niedrigste jemals gemessene Temperatur im Jahr 2021 erreicht, als die Temperatur 38 pK (0,000000000038 K) erreichte. Logischerweise war diese Temperatur nicht natürlich, sondern wurde durch ein wissenschaftliches Experiment künstlich gewonnen.
Geschichte des absoluten Nullpunkts
In diesem letzten Abschnitt werden wir den Ursprung des Konzepts des absoluten Nullpunkts sehen, denn es ist älter, als es scheint.
Bereits im antiken Griechenland begann man über die Existenz eines absoluten Nullpunkts nachzudenken. Parmenides von Elea (570 v. Chr.–475 v. Chr.) glaubte, dass bei dieser Temperatur eine elementare Substanz gefunden wurde. Später gab Plutarch von Chaeroneia (46-120) dieser theoretischen Substanz den Namen Primum Frigidum .
Im Jahr 1665 veröffentlichte Robert Boyle eine Veröffentlichung ( New Experiments and Observations on Absolute Zero ), in der er zu dem Schluss kam, dass Kälte das Fehlen von Teilchenbewegung sei. Er stellte außerdem fest, dass Kälte keine positive Größe sei, sondern lediglich ein Mangel an Wärme. . Darüber hinaus argumentierte Boyle, dass Wissenschaftler zunächst die Existenz der Substanz Primum Frigidum prüfen sollten, bevor sie über ihre Natur diskutieren.
Zu Beginn des 17. Jahrhunderts führte Guillaume Amontons (1663-1705) mehrere Experimente zur Temperaturmessung mit einem Luftthermometer durch. Der Franzose beobachtete, dass über einen weiten Temperaturbereich der Temperaturabfall proportional zum Rückgang des Atmosphärendrucks war. Daher kam er zu dem Schluss, dass der absolute Nullpunkt eintreten würde, wenn der Atmosphärendruck Null wäre. Die Extrapolation der Ergebnisse von Amontons deutete darauf hin, dass der absolute Nullpunkt bei -240 °C liegen würde.
Aufbauend auf den von Amontons geschaffenen Grundlagen wiederholte Johan Heinrich Lambert (1728-1777) seine Experimente, jedoch mit größerer Sorgfalt und unter Verwendung besserer Instrumente. So ermittelte er, dass der absolute Nullpunkt bei -270 °C lag, eine viel bessere Näherung als zuvor. Andererseits sagte er, dass der absolute Nullpunkt als absolute Kälte bezeichnet werden sollte.
Schließlich näherte sich William Thomson (1824-1907), auch bekannt als Lord Kelvin, der Bedeutung des absoluten Nullpunkts aus einem anderen Blickwinkel. Im Jahr 1848 entwickelte er die Kelvin-Thermometerskala, die ausschließlich auf den Grundprinzipien der Thermodynamik basierte und daher unabhängig von den thermischen Eigenschaften jeglicher Substanz war. Darüber hinaus nutzte er die Ergebnisse von Carnot bei seiner Forschung zum Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine. In dieser etablierten Temperaturskala legte er den absoluten Nullpunkt bei -273,15 °C fest.