Что такое абсолютный ноль в науке?

Абсолютный ноль определяется как точка, в которой невозможно отвести тепло из системы в соответствии с абсолютной или термодинамической температурной шкалой. Это соответствует нулю Кельвина или минус 273,15 C. Это ноль по шкале Ренкина и минус 459,67 F.

Классическая кинетическая теория утверждает, что абсолютный ноль представляет отсутствие движения отдельных молекул. Однако экспериментальные данные показывают, что это не так: скорее, они указывают на то, что частицы при абсолютном нуле имеют минимальное колебательное движение. Другими словами, хотя тепло не может быть отведено из системы при абсолютном нуле, абсолютный ноль не представляет собой минимально возможное состояние энтальпии.

В квантовой механике абсолютный ноль представляет собой наименьшую внутреннюю энергию твердого вещества в его основном состоянии.

Абсолютный ноль и температура

Температура используется для Опишите, насколько горячий или холодный объект. Температура объекта зависит от скорости, с которой колеблются его атомы и молекулы. Хотя абсолютный ноль представляет колебания с их самой низкой скоростью, их движение никогда полностью не прекращается.

Возможно ли достичь абсолютного нуля

Пока невозможно достичь абсолютного нуля, хотя ученые приблизились к этому. Национальный институт стандартов и технологий (NIST) достиг рекордной низкой температуры в 700 нК (миллиардных долей кельвина) в 1994 году. Исследователи Массачусетского технологического института установили новый рекорд в 0,45 нК в 2003 году.

Отрицательные температуры

Физики показали, что возможно иметь отрицательную температуру Кельвина (или Ренкина). Однако это не означает, что частицы холоднее абсолютного нуля; скорее, это показатель того, что энергия уменьшилась.

Это потому, что температура является термодинамической величиной, связывающей энергию и энтропию. Когда система приближается к своей максимальной энергии, ее энергия начинает уменьшаться. Это происходит только при особых обстоятельствах, например, в квазиравновесных состояниях, в которых спин не находится в равновесии с электромагнитным полем. Но такая активность может привести к отрицательной температуре, даже если добавляется энергия.

Как ни странно, система с отрицательной температурой может считаться более горячей, чем система при отрицательной температуре. положительная температура. Это связано с тем, что тепло определяется в соответствии с направлением, в котором оно течет. Обычно в мире с положительной температурой тепло течет из более теплого места, такого как горячая печь, в более прохладное место, например, комнату. Тепло будет перетекать от отрицательной системы к положительной.

3 января 2013 года ученые сформировали квантовый газ, состоящий из атомов калия с отрицательной температурой. с точки зрения степеней свободы движения. До этого, в 2011 году, Вольфганг Кеттерле, Патрик Медли и их команда продемонстрировали возможность отрицательной абсолютной температуры в магнитной системе..

Новое исследование отрицательных температур обнаруживает еще одно загадочное поведение. Например, Ахим Рош, физик-теоретик из Кельнского университета в Германии, вычислил, что атомы при отрицательной абсолютной температуре в гравитационном поле могут двигаться «вверх», а не только «вниз». Низкий газ может имитировать темную энергию, которая заставляет Вселенную расширяться все быстрее и быстрее против внутреннего гравитационного притяжения.

Источники

Мерали, Зея. «Квантовый газ опускается ниже абсолютного нуля». Nature , март 2013 г. doi: 10.1038/nature.2013.12146.

Медли, Патрик и др. «Охлаждение ультрахолодных атомов с помощью спин-градиентного размагничивания». Physical Review Letters, vol. 106, вып. 19 мая 2011 г. doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.195301.

div>
Оцените статью
recture.ru
Добавить комментарий