Zero bezwzględne
Absolutne zero to temperatura, w której cząsteczki materii (cząsteczki i atomy) znajdują się w najniższych punktach energetycznych. Niektórzy ludzie uważają, że przy zerowym stanie absolutnym cząstki tracą całą energię i przestają się poruszać. To nie jest poprawne. W fizyce kwantowej istnieje coś, co nazywa się zerowym punktem energii, co oznacza, że nawet po usunięciu całej energii z cząstek, cząstki nadal mają trochę energii. Jest to spowodowane zasadą niepewności Heisenberga, która mówi, że im więcej wiadomo o położeniu cząstki, tym mniej można wiedzieć o jej pędzie i na odwrót. Dlatego też, cząstka nie może być całkowicie zatrzymana, ponieważ wtedy jej dokładne położenie i pęd byłyby znane.
Niektórzy ludzie stworzyli temperatury bardzo zbliżone do zera absolutnego: rekordowa temperatura wynosiła 100 pK (sto pikokelwinów, równa 10-10 kelwinów) powyżej zera absolutnego. Nawet zbliżenie się do zera absolutnego jest trudne, ponieważ wszystko, co dotknie obiektu chłodzonego w pobliżu zera absolutnego, dawałoby mu ciepło. Naukowcy używają laserów do spowalniania atomów podczas chłodzenia obiektów do bardzo niskich temperatur.
Skale temperatury kelwinów i Rankine'a są tak zdefiniowane, że zero absolutne wynosi 0 kelwinów (K) lub 0 stopni Rankine'a (°R). Skale temperatury Celsjusza i Fahrenheita są określone w taki sposób, że zero absolutne wynosi -273,15 °C lub -459,67 °F.
Na tym etapie ciśnienie cząstek jest zerowe. Jeśli wykreślimy na nim wykres, widzimy, że temperatura cząsteczek jest zerowa. Temperatura nie może dalej spadać. Cząstki nie mogą również poruszać się "na odwrót", ponieważ ponieważ ruch cząstek jest wibracyjny, wibrowanie na odwrót byłoby niczym innym jak ponownym wibrowaniem. Im bliżej temperatura obiektu osiągnie absolutne zero, tym mniej oporny jest materiał na elektryczność, dlatego też będzie on przewodził elektryczność prawie idealnie, bez żadnego mierzalnego oporu.
Trzecieprawo termodynamiki mówi, że nic nigdy nie może mieć temperatury absolutnego zera.
Drugie prawo termodynamiki mówi, że wszystkie silniki napędzane ciepłem (jak silniki samochodowe i parowe) muszą uwalniać ciepło odpadowe i nie mogą być w 100% wydajne. Wynika to z faktu, że sprawność (procent energii zużywanej przez silnik, która jest faktycznie wykorzystywana do jego pracy) wynosi 100%×(1-Toutside/Tinside), co oznacza 100% tylko wtedy, gdy temperatura zewnętrzna jest absolutnym zerem, co nie jest możliwe. Tak więc, silnik nie może być w 100% wydajny, ale można zbliżyć jego wydajność do 100%, sprawiając, że temperatura wewnętrzna jest wyższa i/lub temperatura zewnętrzna jest niższa.
Zero kelwinów (-273,15 °C) jest zdefiniowane jako zero absolutne.
Powiązane strony
- Temperatura bezwzględna
- Absolutnie gorący
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest zero absolutne?
O: Zero absolutne to temperatura, w której cząsteczki materii (molekuły i atomy) mają najniższą energię.
P: Czy zero absolutne oznacza, że cząsteczki tracą całą energię i przestają się poruszać?
O: Nie, w fizyce kwantowej istnieje coś, co nazywa się energią punktu zerowego, co oznacza, że nawet po usunięciu całej energii z cząstek, cząstki nadal mają pewną energię, zgodnie z zasadą nieoznaczoności Heisenberga.
P: Jaka jest rekordowa temperatura osiągnięta w pobliżu zera absolutnego?
O: Rekordowa temperatura to 100 pK (sto pikokelwinów, równe 10-10 kelwinów) powyżej zera absolutnego.
P: Jak naukowcy schładzają przedmioty do bardzo niskich temperatur?
O: Przy chłodzeniu obiektów do bardzo niskich temperatur naukowcy używają laserów do spowalniania atomów.
P: Jak definiuje się skalę Celsjusza i Fahrenheita w stosunku do zera absolutnego?
O: Skala Celsjusza i Fahrenheita jest tak zdefiniowana, że zero bezwzględne to -273,15°C lub -459,67°F.
P: Co mówi trzecie prawo termodynamiki o zerze absolutnym?
O: Trzecie prawo termodynamiki mówi, że nic nigdy nie może mieć temperatury zera absolutnego.
P: Jak można zwiększyć sprawność silnika do 100%?
O: Zgodnie z drugim prawem termodynamiki sprawność silnika można zwiększyć do 100% poprzez podniesienie temperatury wewnątrz i/lub obniżenie temperatury na zewnątrz.
