Questo articolo spiega cos’è la temperatura zero assoluto. Inoltre, scoprirai qual è il valore dello zero assoluto in diverse scale termometriche, nonché la storia dello zero assoluto.
Cos’è lo zero assoluto?
Lo zero assoluto è il valore di temperatura più basso che può essere raggiunto. Lo zero assoluto è il punto iniziale della scala termometrica Kelvin, allo stesso modo, lo zero assoluto è uguale a -273,15ºC o -459,67ºF.
La temperatura di un corpo è causata dal movimento delle sue particelle, cioè quanto più alta è la temperatura di un corpo, tanto più vibrano le sue particelle. Pertanto, in teoria, alla temperatura dello zero assoluto, le particelle non si muovono. Tuttavia, secondo i principi della meccanica quantistica, allo zero assoluto deve esserci energia residua.
In questo senso, secondo la terza legge della termodinamica, è impossibile raggiungere lo zero assoluto della termodinamica. Infatti, la temperatura minima raggiunta è di 38 pK (0,000000000038 K) sopra lo zero assoluto; la temperatura dello zero assoluto non è stata ancora raggiunta.
Valore zero assoluto
Il valore della temperatura dello zero assoluto nelle diverse scale termometriche è:
| scala di temperatura | Valore zero assoluto |
|---|---|
| Gradi Celsius | -273,15ºC |
| Kelvin | 0K |
| Gradi Fahrenheit | -459,67ºF |
| Diplomi Rankine | 0ºR |
Pertanto, le scale di temperatura Kelvin e Rankine sono assolute perché prendono la loro temperatura zero allo zero assoluto. Sebbene le scale Celsius e Fahrenheit siano relative perché la loro temperatura zero è un altro valore, su queste scale esistono temperature negative.
Temperature prossime allo zero assoluto
Considerando la definizione di temperatura dello zero assoluto, in questa sezione vedremo i valori termometrici che sono stati registrati molto vicini allo zero assoluto. Si noti che l’assenza di temperatura non è stata ancora raggiunta.
È noto che nel sistema solare ci sono zone dove la temperatura è vicina a -240 ºC. Ad esempio, nei crateri del polo sud della Luna.
Inoltre, la temperatura media dell’universo è intorno a -270,42ºC, un valore molto vicino allo zero assoluto ma che non raggiunge ancora i -273,15ºC.
Infine, il record della temperatura più bassa mai registrata è stato raggiunto nel 2021, quando è stata raggiunta la temperatura di 38 pK (0,000000000038 K). Logicamente questa temperatura non era naturale, ma è stata ottenuta artificialmente attraverso un esperimento scientifico.
Storia dello zero assoluto
In quest’ultima sezione vedremo l’origine del concetto di zero assoluto, perché è più antico di quanto sembri.
Già nell’antica Grecia si cominciò a prendere in considerazione l’esistenza di una temperatura zero assoluta. Parmenide di Elea (570 a.C.-475 a.C.) riteneva che a questa temperatura fosse rinvenuta una sostanza elementare. Successivamente Plutarco di Cheronea (46-120), diede a questa sostanza teorica il nome Primum Frigidum .
Nel 1665, Robert Boyle pubblicò una pubblicazione ( Nuovi esperimenti e osservazioni sullo zero assoluto ) in cui concluse che il freddo era l’assenza di movimento delle particelle. Stabilì inoltre che il freddo non era una quantità positiva, ma era semplicemente la mancanza di calore. . Inoltre, Boyle sosteneva che gli scienziati dovrebbero prima considerare l’esistenza della sostanza Primum Frigidum prima di discuterne la natura.
All’inizio del XVII secolo, Guillaume Amontons (1663-1705) effettuò diversi esperimenti relativi alla misurazione della temperatura mediante un termometro ad aria. Il francese osservò che in un ampio intervallo di temperature, la diminuzione della temperatura era proporzionale alla diminuzione della pressione atmosferica. Pertanto, arrivò alla conclusione che lo zero assoluto si sarebbe verificato quando la pressione atmosferica fosse pari a zero. L’estrapolazione dei risultati di Amontons indicava che lo zero assoluto sarebbe a -240ºC.
Basandosi sulle basi gettate da Amontons, Johan Heinrich Lambert (1728-1777) ripeté i suoi esperimenti, ma con maggiore cura e utilizzando strumenti migliori. Pertanto, stabilì che lo zero assoluto era a -270°C, un’approssimazione molto migliore rispetto a prima. D’altra parte, ha detto che lo zero assoluto dovrebbe essere chiamato freddo assoluto .
Infine, William Thomson (1824-1907), noto anche come Lord Kelvin, si avvicinò al significato dello zero assoluto da una prospettiva diversa. Nel 1848 creò la scala termometrica Kelvin, basata esclusivamente sui principi fondamentali della termodinamica e quindi indipendente dalle proprietà termiche di qualsiasi sostanza. Inoltre approfittò dei risultati ottenuti da Carnot nelle sue ricerche sul rendimento della macchina termica. In questa scala di temperatura fissata, pose lo zero assoluto a -273,15ºC.