Artikel ini menjelaskan apa itu suhu nol mutlak. Selain itu, Anda akan mengetahui nilai nol mutlak dalam skala termometri yang berbeda, serta sejarah nol mutlak.
Apa itu nol mutlak?
Nol mutlak adalah nilai suhu terendah yang dapat dicapai. Nol mutlak adalah titik awal skala termometri Kelvin, begitu pula nol mutlak sama dengan -273.15ºC atau -459.67ºF.
Suhu suatu benda disebabkan oleh pergerakan partikel-partikelnya, yaitu semakin tinggi suhu suatu benda maka partikel-partikelnya semakin bergetar. Oleh karena itu, secara teori, pada suhu nol mutlak, partikel tidak bergerak. Namun menurut prinsip mekanika kuantum, pada nol mutlak pasti ada energi sisa.
Dalam pengertian ini, menurut hukum ketiga termodinamika, tidak mungkin mencapai nol mutlak termodinamika. Faktanya, suhu minimum yang dicapai adalah 38 pK (0,000000000038 K) di atas nol mutlak; suhu nol mutlak belum tercapai.
Nilai nol mutlak
Nilai suhu nol mutlak pada berbagai skala termometri adalah:
| skala suhu | Nilai nol mutlak |
|---|---|
| Derajat Celsius | -273,15ºC |
| Kelvin | 0K |
| Derajat Fahrenheit | -459,67ºF |
| Diploma Rankine | 0ºR |
Oleh karena itu, skala suhu Kelvin dan Rankine bersifat mutlak karena suhu nolnya diambil pada nol mutlak. Meskipun skala Celcius dan Fahrenheit bersifat relatif karena suhu nolnya merupakan nilai lain, maka suhu negatif ada pada skala ini.
Suhu mendekati nol mutlak
Mengingat definisi suhu nol mutlak, pada bagian ini kita akan melihat nilai-nilai termometri yang tercatat sangat mendekati nol mutlak. Perhatikan bahwa tidak adanya suhu belum tercapai.
Diketahui bahwa di tata surya terdapat wilayah yang suhunya mendekati -240 ºC. Misalnya saja di kawah kutub selatan Bulan.
Selain itu, suhu rata-rata alam semesta berkisar -270,42ºC, nilai yang sangat mendekati nol mutlak namun masih belum mencapai -273,15ºC.
Terakhir, rekor suhu terendah yang pernah tercatat dicapai pada tahun 2021, yang mencapai suhu 38 pK (0,000000000038 K). Logikanya, suhu ini tidak alami, melainkan diperoleh secara artifisial melalui eksperimen ilmiah.
Sejarah nol mutlak
Pada bagian terakhir ini kita akan melihat asal mula konsep nol mutlak, karena konsep ini lebih tua dari yang terlihat.
Sudah di Yunani kuno, keberadaan suhu nol mutlak mulai dipertimbangkan. Parmenides dari Elea (570 SM-475 SM) percaya bahwa ada zat unsur yang ditemukan pada suhu tersebut. Belakangan, Plutarch dari Chaeronea (46-120), memberi nama Primum Frigidum pada substansi teoretis ini.
Pada tahun 1665, Robert Boyle menerbitkan publikasi ( New Experiments and Observations on Absolute Zero ) yang menyimpulkan bahwa dingin adalah tidak adanya gerak partikel. Ia juga menemukan bahwa dingin bukanlah kuantitas positif, melainkan hanya kurangnya panas. . Lebih lanjut Boyle berpendapat, sebaiknya para ilmuwan terlebih dahulu mempertimbangkan keberadaan zat Primum Frigidum sebelum membahas sifatnya.
Pada awal abad ke-17, Guillaume Amontons (1663-1705) melakukan beberapa percobaan terkait pengukuran suhu dengan menggunakan termometer udara. Orang Prancis mengamati bahwa pada rentang suhu yang luas, penurunan suhu sebanding dengan penurunan tekanan atmosfer. Oleh karena itu, ia sampai pada kesimpulan bahwa nol mutlak akan terjadi ketika tekanan atmosfer sama dengan nol. Ekstrapolasi hasil Amonton menunjukkan bahwa nol mutlak berada pada -240ºC.
Membangun fondasi yang didirikan oleh Amontons, Johan Heinrich Lambert (1728-1777) mengulangi eksperimennya, namun dengan lebih hati-hati dan menggunakan instrumen yang lebih baik. Oleh karena itu, ia menetapkan bahwa suhu nol mutlak berada pada suhu -270ºC, perkiraan yang jauh lebih baik daripada sebelumnya. Di sisi lain, ia mengatakan bahwa nol mutlak harus disebut dingin mutlak .
Terakhir, William Thomson (1824-1907), yang juga dikenal sebagai Lord Kelvin, mendekati makna nol mutlak dari sudut pandang yang berbeda. Pada tahun 1848, ia menciptakan skala termometri Kelvin, yang hanya didasarkan pada prinsip dasar termodinamika dan karenanya tidak bergantung pada sifat termal zat apa pun. Selain itu, ia memanfaatkan hasil yang diperoleh Carnot dalam penelitiannya tentang efisiensi mesin kalor. Dalam penetapan skala suhu ini, ia menempatkan nol mutlak pada -273,15ºC.