In dit artikel wordt uitgelegd wat de absolute nultemperatuur is. Bovendien zul je ontdekken wat de waarde van het absolute nulpunt is op verschillende thermometrische schalen, evenals de geschiedenis van het absolute nulpunt.
Wat is het absolute nulpunt?
Het absolute nulpunt is de laagste temperatuurwaarde die kan worden bereikt. Het absolute nulpunt is het startpunt van de Kelvin-thermometrische schaal. Op dezelfde manier is het absolute nulpunt gelijk aan -273,15ºC of -459,67ºC.
De temperatuur van een lichaam wordt veroorzaakt door de beweging van zijn deeltjes, dat wil zeggen: hoe hoger de temperatuur van een lichaam, hoe meer zijn deeltjes trillen. Daarom bewegen de deeltjes in theorie bij het absolute nulpunt niet. Volgens de principes van de kwantummechanica moet er echter bij het absolute nulpunt restenergie zijn.
In deze zin is het volgens de derde wet van de thermodynamica onmogelijk om het absolute nulpunt van de thermodynamica te bereiken. In feite is de bereikte minimumtemperatuur 38 pK (0,000000000038 K) boven het absolute nulpunt; de temperatuur van het absolute nulpunt is nog niet bereikt.
Absolute nulwaarde
De waarde van de absolute nultemperatuur op de verschillende thermometrische schalen is:
| temperatuur schaal | Absolute nulwaarde |
|---|---|
| Graden Celsius | -273,15ºC |
| Kelvin | 0K |
| Graden Fahrenheit | -459,67ºC |
| Rankine-diploma’s | 0ºR |
Daarom zijn de temperatuurschalen van Kelvin en Rankine absoluut omdat ze hun nultemperatuur op het absolute nulpunt nemen. Hoewel de schalen van Celsius en Fahrenheit relatief zijn omdat hun nultemperatuur een andere waarde is, bestaan er op deze schalen dus negatieve temperaturen.
Temperaturen dicht bij het absolute nulpunt
Gezien de definitie van de temperatuur van het absolute nulpunt, zullen we in deze sectie de thermometrische waarden zien die zeer dicht bij het absolute nulpunt zijn geregistreerd. Merk op dat de afwezigheid van temperatuur nog niet is bereikt.
Het is bekend dat er in het zonnestelsel gebieden zijn waar de temperatuur dichtbij -240 ºC ligt. Bijvoorbeeld in de kraters van de zuidpool van de maan.
Bovendien ligt de gemiddelde temperatuur van het heelal rond de -270,42ºC, een waarde die zeer dicht bij het absolute nulpunt ligt, maar nog steeds niet -273,15ºC bereikt.
Uiteindelijk werd het record voor de laagste temperatuur ooit gemeten bereikt in 2021, toen de temperatuur van 38 pK (0,000000000038 K) werd bereikt. Logischerwijs was deze temperatuur niet natuurlijk, maar werd kunstmatig verkregen via een wetenschappelijk experiment.
Geschiedenis van het absolute nulpunt
In dit laatste deel zullen we de oorsprong van het concept van het absolute nulpunt zien, omdat het ouder is dan het lijkt.
Al in het oude Griekenland begon men het bestaan van een absolute nultemperatuur te overwegen. Parmenides van Elea (570 v.Chr. – 475 v.Chr.) geloofde dat er bij deze temperatuur een elementaire substantie werd gevonden. Later gaf Plutarchus van Chaeronea (46-120) de naam Primum Frigidum aan deze theoretische substantie.
In 1665 publiceerde Robert Boyle een publicatie ( New Experiments and Observations on Absolute Zero ) waarin hij concludeerde dat kou de afwezigheid van deeltjesbeweging was. Hij stelde ook vast dat kou geen positieve grootheid was, maar eenvoudigweg een gebrek aan warmte. . Bovendien voerde Boyle aan dat wetenschappers eerst het bestaan van de stof Primum Frigidum moeten overwegen voordat ze de aard ervan bespreken.
Aan het begin van de 17e eeuw voerde Guillaume Amontons (1663-1705) verschillende experimenten uit met betrekking tot het meten van de temperatuur met behulp van een luchtthermometer. De Fransman merkte op dat over een breed temperatuurbereik de temperatuurdaling evenredig was met de daling van de atmosferische druk. Daarom kwam hij tot de conclusie dat het absolute nulpunt zou optreden als de atmosferische druk nul was. Extrapolatie van de resultaten van Amontons gaf aan dat het absolute nulpunt op -240ºC zou liggen.
Voortbouwend op de fundamenten gelegd door Amontons herhaalde Johan Heinrich Lambert (1728-1777) zijn experimenten, maar met meer zorg en met behulp van betere instrumenten. Zo stelde hij vast dat het absolute nulpunt zich op -270ºC bevond, een veel betere benadering dan voorheen. Aan de andere kant zei hij dat het absolute nulpunt absoluut koud moet worden genoemd.
Ten slotte benaderde William Thomson (1824-1907), ook bekend als Lord Kelvin, de betekenis van het absolute nulpunt vanuit een andere hoek. In 1848 creëerde hij de Kelvin-thermometrische schaal, uitsluitend gebaseerd op de fundamentele principes van de thermodynamica en daarom onafhankelijk van de thermische eigenschappen van welke stof dan ook. Bovendien profiteerde hij van de resultaten van Carnot in zijn onderzoek naar de efficiëntie van de warmtemotor. Op deze vastgestelde temperatuurschaal plaatste hij het absolute nulpunt op -273,15ºC.