Bu makalede mutlak sıfır sıcaklığın ne olduğu açıklanmaktadır. Ek olarak, mutlak sıfırın tarihçesinin yanı sıra farklı termometrik ölçeklerde mutlak sıfır değerinin ne olduğunu da öğreneceksiniz.
Mutlak sıfır nedir?
Mutlak sıfır ulaşılabilecek en düşük sıcaklık değeridir. Mutlak sıfır, Kelvin termometrik ölçeğinin başlangıç noktasıdır; benzer şekilde mutlak sıfır, -273,15°C veya -459,67°F’ye eşittir.
Bir cismin sıcaklığı parçacıklarının hareketinden kaynaklanır; yani bir cismin sıcaklığı ne kadar yüksek olursa parçacıkları da o kadar fazla titreşir. Bu nedenle teorik olarak mutlak sıfır sıcaklıkta parçacıklar hareket etmez. Ancak kuantum mekaniği ilkelerine göre mutlak sıfırda artık enerjinin olması gerekir.
Bu anlamda termodinamiğin üçüncü yasasına göre termodinamiğin mutlak sıfırına ulaşmak imkansızdır. Aslında ulaşılan minimum sıcaklık mutlak sıfırın 38 pK (0,000000000038 K) üzerindedir; mutlak sıfır sıcaklığına henüz ulaşılmamıştır.
Mutlak sıfır değeri
Farklı termometrik ölçeklerde mutlak sıfır sıcaklığının değeri şöyledir:
| sıcaklık ölçeği | Mutlak sıfır değeri |
|---|---|
| Santigrat derece | -273,15°C |
| Kelvin | 0K |
| Derece Fahrenheit | -459.67°F |
| Rankine Diplomaları | 0°R |
Bu nedenle Kelvin ve Rankine sıcaklık ölçekleri mutlaktır çünkü sıfır sıcaklıklarını mutlak sıfırda alırlar. Celsius ve Fahrenheit skalaları göreceli olsa da sıfır sıcaklıkları başka bir değer olduğu için bu skalalarda negatif sıcaklıklar mevcuttur.
Mutlak sıfıra yakın sıcaklıklar
Mutlak sıfır sıcaklığının tanımı dikkate alındığında bu bölümde mutlak sıfıra çok yakın kaydedilen termometrik değerleri göreceğiz. Sıcaklığın yokluğunun henüz sağlanmadığını unutmayın.
Güneş sisteminde sıcaklığın -240 ºC’ye yakın olduğu alanların olduğu bilinmektedir. Örneğin Ay’ın güney kutbundaki kraterlerde.
Ayrıca evrenin ortalama sıcaklığı -270,42°C civarındadır; bu değer mutlak sıfıra çok yakındır ancak hala -273,15°C’ye ulaşmamaktadır.
Son olarak şimdiye kadar kaydedilen en düşük sıcaklık rekoru 2021 yılında 38 pK (0,000000000038 K) sıcaklığa ulaşıldığında ulaşıldı. Mantıksal olarak bu sıcaklık doğal değildi, bilimsel bir deneyle yapay olarak elde edildi.
Mutlak sıfırın tarihi
Bu son bölümde mutlak sıfır kavramının kökenini göreceğiz çünkü göründüğünden daha eskidir.
Zaten antik Yunanistan’da mutlak sıfır sıcaklığın varlığı dikkate alınmaya başlandı. Elea’lı Parmenides (M.Ö. 570-M.Ö. 475), bu sıcaklıkta elementel bir maddenin bulunduğuna inanıyordu. Daha sonra Chaeronea’lı Plutarch (46-120), bu teorik maddeye Primum Frigidum adını verdi.
1665 yılında Robert Boyle, soğuğun parçacık hareketinin yokluğu olduğu sonucuna vardığı bir yayın ( Mutlak Sıfır Üzerine Yeni Deneyler ve Gözlemler ) yayınladı. Ayrıca soğuğun pozitif bir miktar olmadığını, sadece ısı eksikliğinden kaynaklandığını da tespit etti. . Ayrıca Boyle, bilim adamlarının doğasını tartışmadan önce Primum Frigidum maddesinin varlığını düşünmeleri gerektiğini savundu.
17. yüzyılın başında Guillaume Amontons (1663-1705), hava termometresi kullanarak sıcaklığın ölçülmesiyle ilgili çeşitli deneyler gerçekleştirdi. Fransız, geniş bir sıcaklık aralığında sıcaklıktaki azalmanın atmosfer basıncındaki azalmayla orantılı olduğunu gözlemledi. Bu nedenle atmosfer basıncı sıfır olduğunda mutlak sıfırın oluşacağı sonucuna vardı. Amontons’un sonuçlarının ekstrapolasyonu mutlak sıfırın -240°C’de olacağını gösterdi.
Amontons’un kurduğu temelleri temel alan Johan Heinrich Lambert (1728-1777), deneylerini daha dikkatli ve daha iyi aletler kullanarak tekrarladı. Böylece mutlak sıfırın -270°C’de olduğunu belirledi; bu, öncekine göre çok daha iyi bir yaklaşımdı. Öte yandan mutlak sıfıra mutlak soğuk denmesi gerektiğini söyledi.
Son olarak Lord Kelvin olarak da bilinen William Thomson (1824-1907), mutlak sıfırın anlamına farklı bir açıdan yaklaştı. 1848’de yalnızca termodinamiğin temel prensiplerine dayanan ve dolayısıyla herhangi bir maddenin termal özelliklerinden bağımsız olan Kelvin termometrik ölçeğini yarattı. Ayrıca ısı motorunun verimliliği üzerine yaptığı araştırmada Carnot’un elde ettiği sonuçlardan yararlanmıştır. Bu belirleme sıcaklık ölçeğinde mutlak sıfırı -273,15°C’ye yerleştirdi.