В этой статье объясняется, что такое абсолютный нулевая температура. Дополнительно вы узнаете, каково значение абсолютного нуля в разных термометрических шкалах, а также историю абсолютного нуля.
Что такое абсолютный ноль?
Абсолютный ноль – это самое низкое значение температуры, которого можно достичь. Абсолютный ноль является отправной точкой термометрической шкалы Кельвина, аналогично абсолютный ноль равен -273,15°C или -459,67°F.
Температура тела обусловлена движением его частиц, то есть чем выше температура тела, тем сильнее вибрируют его частицы. Поэтому теоретически при абсолютной нулевой температуре частицы не движутся. Однако, согласно принципам квантовой механики, при абсолютном нуле должна быть остаточная энергия.
В этом смысле, согласно третьему началу термодинамики, невозможно достичь абсолютного нуля термодинамики. Фактически, минимальная достигнутая температура составляет 38 пК (0,000000000038 К) выше абсолютного нуля; температура абсолютного нуля еще не достигнута.
Абсолютное нулевое значение
Значение абсолютного нуля температуры в различных термометрических шкалах составляет:
| температурная шкала | Абсолютное нулевое значение |
|---|---|
| Градусов Цельсия | -273,15°С |
| Кельвин | 0К |
| Градусов по Фаренгейту | -459,67ºF |
| Дипломы Рэнкина | 0°R |
Следовательно, температурные шкалы Кельвина и Ренкина являются абсолютными, поскольку они принимают нулевую температуру за абсолютный ноль. Хотя шкалы Цельсия и Фаренгейта относительны, поскольку их нулевая температура — это другое значение, поэтому в этих шкалах существуют отрицательные температуры.
Температура близка к абсолютному нулю
Что касается определения абсолютной нулевой температуры, в этом разделе мы увидим термометрические значения, которые были зафиксированы очень близко к абсолютному нулю. Отметим, что отсутствие температуры пока не достигнуто.
Известно, что в Солнечной системе есть области, где температура близка к -240 ºC. Например, в кратерах южного полюса Луны.
Кроме того, средняя температура Вселенной составляет около -270,42 ºC, значение, очень близкое к абсолютному нулю, но все же не достигающее -273,15 ºC.
Наконец, рекорд самой низкой когда-либо зарегистрированной температуры был достигнут в 2021 году, когда была достигнута температура 38 пК (0,000000000038 К). Логично, что эта температура не была естественной, а была получена искусственно в результате научного эксперимента.
История абсолютного нуля
В этом последнем разделе мы увидим происхождение концепции абсолютного нуля, поскольку она старше, чем кажется.
Уже в Древней Греции стали считать существование абсолютного нуля температуры. Парменид Элейский (570–475 до н. э.) считал, что при этой температуре обнаруживается элементарное вещество. Позднее Плутарх Херонейский (46–120) дал этой теоретической субстанции название Primum Frigidum .
В 1665 году Роберт Бойль опубликовал публикацию ( «Новые эксперименты и наблюдения над абсолютным нулем »), в которой пришел к выводу, что холод — это отсутствие движения частиц. Он также установил, что холод не является положительной величиной, а представляет собой просто недостаток тепла. . Более того, Бойль утверждал, что учёным следует сначала рассмотреть существование вещества Primum Frigidum, прежде чем обсуждать его природу.
В начале 17 века Гийом Амонтон (1663-1705) провел несколько экспериментов, связанных с измерением температуры с помощью воздушного термометра. Француз заметил, что в широком диапазоне температур понижение температуры было пропорционально понижению атмосферного давления. Поэтому он пришел к выводу, что абсолютный ноль будет иметь место, когда атмосферное давление будет равно нулю. Экстраполяция результатов Амонтона показала, что абсолютный ноль будет при -240°C.
Опираясь на фундамент, заложенный Амонтоном, Йохан Генрих Ламберт (1728–1777) повторил свои эксперименты, но с большей тщательностью и с использованием более совершенных инструментов. Таким образом, он определил, что абсолютный ноль соответствует температуре -270°C, что является гораздо лучшим приближением, чем раньше. С другой стороны, он сказал, что абсолютный ноль следует называть абсолютным холодом .
Наконец, Уильям Томсон (1824–1907), также известный как лорд Кельвин, подошел к значению абсолютного нуля под иным углом. В 1848 году он создал термометрическую шкалу Кельвина, основанную исключительно на фундаментальных принципах термодинамики и, следовательно, независимую от тепловых свойств какого-либо вещества. Кроме того, он воспользовался результатами, полученными Карно, в своих исследованиях эффективности тепловой машины. В этой устанавливающей температурной шкале он поместил абсолютный ноль на уровне -273,15°C.