Konsep fizikal "suhu sifar mutlak" sangat penting untuk sains moden: ia berkait rapat dengan konsep seperti superkonduktiviti, penemuan yang mencipta sensasi sebenar pada separuh kedua abad kedua puluh.
Untuk memahami apa itu sifar mutlak, anda harus beralih kepada karya ahli fizik terkenal seperti G. Fahrenheit, A. Celsius, J. Gay-Lussac dan W. Thomson. Mereka memainkan peranan penting dalam penciptaan skala suhu utama yang masih digunakan hari ini.
Yang pertama mencadangkan skala suhunya ialah ahli fizik Jerman G. Fahrenheit pada tahun 1714. Pada masa yang sama, suhu campuran, yang termasuk salji dan ammonia, diambil sebagai sifar mutlak, iaitu, sebagai titik terendah skala ini. Penunjuk penting seterusnya ialah yang menjadi sama dengan 1000. Oleh itu, setiap bahagian skala ini dipanggil "darjah Fahrenheit", dan skala itu sendiri dipanggil "skala Fahrenheit".
30 tahun kemudian, ahli astronomi Sweden A. Celsius mencadangkan skala suhunya sendiri, di mana perkara utama adalah suhu lebur ais dan air. Skala ini dipanggil "skala Celcius"; ia masih popular di kebanyakan negara di dunia, termasuk Rusia.
Pada tahun 1802, semasa menjalankan eksperimen terkenalnya, saintis Perancis J. Gay-Lussac mendapati bahawa isipadu gas pada tekanan malar bergantung secara langsung pada suhu. Tetapi perkara yang paling pelik ialah apabila suhu berubah sebanyak 10 Celcius, isipadu gas meningkat atau menurun dengan jumlah yang sama. Setelah membuat pengiraan yang diperlukan, Gay-Lussac mendapati bahawa nilai ini adalah sama dengan 1/273 daripada isipadu gas pada suhu 0C.
Undang-undang ini membawa kepada kesimpulan yang jelas: suhu bersamaan dengan -2730C adalah suhu terendah, walaupun anda mendekatinya, adalah mustahil untuk mencapainya. Suhu inilah yang dipanggil "suhu sifar mutlak."
Selain itu, sifar mutlak menjadi titik permulaan untuk penciptaan skala suhu mutlak, di mana ahli fizik Inggeris W. Thomson, juga dikenali sebagai Lord Kelvin, mengambil bahagian secara aktif.
Penyelidikan utama beliau adalah membuktikan bahawa tiada badan dalam alam semula jadi boleh disejukkan di bawah sifar mutlak. Pada masa yang sama, dia secara aktif menggunakan yang kedua; oleh itu, skala suhu mutlak yang diperkenalkan pada tahun 1848 mula dipanggil termodinamik atau "skala Kelvin."
Pada tahun dan dekad berikutnya, hanya terdapat penjelasan berangka tentang konsep "sifar mutlak", yang, selepas banyak perjanjian, mula dianggap sama dengan -273.150C.
Perlu juga diperhatikan bahawa sifar mutlak memainkan peranan yang sangat penting dalam Intinya ialah pada tahun 1960, pada Persidangan Agung Timbang dan Sukat seterusnya, unit suhu termodinamik - kelvin - menjadi salah satu daripada enam unit asas ukuran. . Pada masa yang sama, ia telah ditetapkan khas bahawa satu darjah Kelvin secara berangka sama dengan satu, tetapi titik rujukan "mengikut Kelvin" biasanya dianggap sebagai sifar mutlak, iaitu, -273.150C.
Makna fizik utama sifar mutlak ialah, mengikut undang-undang asas fizik, pada suhu sedemikian tenaga pergerakan zarah asas, seperti atom dan molekul, adalah sifar, dan dalam kes ini sebarang pergerakan kelam kabut zarah yang sama harus berhenti. Pada suhu yang sama dengan sifar mutlak, atom dan molekul mesti mengambil kedudukan yang jelas pada titik utama kekisi kristal, membentuk sistem tertib.
Pada masa kini, menggunakan peralatan khas, saintis telah dapat memperoleh suhu yang hanya beberapa bahagian per juta di atas sifar mutlak. Secara fizikalnya mustahil untuk mencapai nilai ini sendiri kerana undang-undang kedua termodinamik yang diterangkan di atas.
Apabila laporan cuaca meramalkan suhu menghampiri sifar, anda tidak sepatutnya pergi ke gelanggang luncur: ais akan cair. Suhu lebur ais diambil sebagai sifar darjah Celsius, skala suhu yang paling biasa.
Kami sangat biasa dengan skala negatif darjah Celsius - darjah<ниже
нуля>, darjah sejuk. Suhu terendah di Bumi direkodkan di Antartika: -88.3°C. Suhu yang lebih rendah mungkin di luar Bumi: di permukaan Bulan pada tengah malam bulan ia boleh mencapai -160°C.
Tetapi suhu rendah sewenang-wenangnya tidak boleh wujud di mana-mana.
Suhu yang sangat rendah - sifar mutlak - pada skala Celsius sepadan dengan - 273.16°.
Mengapakah 0°K adalah had sejuk?
Haba ialah pergerakan huru-hara atom dan molekul sesuatu bahan. Apabila bahan disejukkan, tenaga haba dikeluarkan daripadanya, dan pergerakan rawak zarah menjadi lemah. Akhirnya, dengan penyejukan yang kuat, haba<пляска>zarah hampir berhenti sepenuhnya. Atom dan molekul akan membeku sepenuhnya pada suhu yang diambil sebagai sifar mutlak.
Menurut prinsip mekanik kuantum, pada sifar mutlak ia akan menjadi gerakan haba zarah yang akan berhenti, tetapi zarah itu sendiri tidak akan membeku, kerana ia tidak boleh dalam keadaan rehat sepenuhnya. Oleh itu, pada sifar mutlak, zarah masih mesti mengekalkan beberapa jenis gerakan, yang dipanggil gerakan sifar.<идти медленнее, чем стоять на месте>.
Walau bagaimanapun, untuk menyejukkan bahan kepada suhu di bawah sifar mutlak adalah idea yang tidak bermakna seperti, katakan, niat
Lebih-lebih lagi, walaupun mencapai sifar mutlak yang tepat adalah hampir mustahil. Anda hanya boleh mendekatinya. Kerana sama sekali anda tidak boleh mengambil sepenuhnya semua tenaga haba daripada bahan. Sebahagian daripada tenaga haba kekal pada penyejukan paling dalam.
Bagaimanakah anda mencapai suhu ultra-rendah?
Membekukan bahan adalah lebih sukar daripada memanaskannya. Ini dapat dilihat walaupun dari perbandingan reka bentuk dapur dan peti sejuk.
Dalam kebanyakan peti sejuk isi rumah dan industri, haba dikeluarkan kerana penyejatan cecair khas - freon, yang beredar melalui tiub logam. Rahsianya ialah freon boleh kekal dalam keadaan cecair hanya pada suhu yang cukup rendah. Di dalam petak peti sejuk, disebabkan oleh haba ruang, ia menjadi panas dan mendidih, bertukar menjadi wap. Tetapi wap dimampatkan oleh pemampat, dicairkan dan memasuki penyejat, menambah kehilangan freon yang tersejat. Tenaga digunakan untuk mengendalikan pemampat.
Dalam peranti penyejukan dalam, pembawa sejuk adalah cecair ultra-sejuk - cecair helium. Tidak berwarna, ringan (8 kali lebih ringan daripada air), ia mendidih di bawah tekanan atmosfera pada 4.2°K, dan dalam vakum pada 0.7°K. Suhu yang lebih rendah diberikan oleh isotop cahaya helium: 0.3°K.
Helium cecair yang terhasil disimpan dalam termos khas - kelalang Dewar.
Kos cecair yang sangat sejuk ini (satu-satunya yang tidak membeku pada sifar mutlak) ternyata agak tinggi. Walau bagaimanapun, helium cecair digunakan lebih dan lebih meluas hari ini, bukan sahaja dalam sains, tetapi juga dalam pelbagai peranti teknikal.
Suhu terendah dicapai dengan cara yang berbeza. Ternyata molekul beberapa garam, contohnya kalium kromium tawas, boleh berputar di sepanjang garis daya magnet. Garam ini disejukkan terlebih dahulu dengan helium cecair hingga 1°K dan diletakkan dalam medan magnet yang kuat. Dalam kes ini, molekul berputar di sepanjang garis daya, dan haba yang dilepaskan diambil oleh helium cecair. Kemudian medan magnet dikeluarkan secara tiba-tiba, molekul sekali lagi bertukar ke arah yang berbeza, dan dibelanjakan
Kerja ini membawa kepada penyejukan selanjutnya garam. Beginilah cara kita memperoleh suhu 0.001° K. Menggunakan kaedah yang sama pada dasarnya, menggunakan bahan lain, kita boleh memperoleh suhu yang lebih rendah.
Suhu terendah yang diperoleh setakat ini di Bumi ialah 0.00001° K.
Superfluidity
Bahan beku kepada suhu sangat rendah dalam mandian cecair helium berubah dengan ketara. Getah menjadi rapuh, plumbum menjadi keras seperti keluli dan elastik, banyak aloi meningkatkan kekuatan.
Helium cecair itu sendiri berkelakuan dengan cara yang pelik. Pada suhu di bawah 2.2° K, ia memperoleh sifat yang tidak pernah berlaku sebelum ini untuk cecair biasa - keterlebihan: sebahagian daripadanya kehilangan kelikatan sepenuhnya dan mengalir melalui retakan paling sempit tanpa sebarang geseran.
Fenomena ini ditemui pada tahun 1937 oleh ahli fizik Soviet Academician P. JI.
Kapitsa, kemudian dijelaskan oleh Academician JI. D. Landau.
Hampir sifar mutlak, perubahan yang sangat menarik berlaku dalam sifat elektrik beberapa bahan.
Pada tahun 1911, ahli fizik Belanda Kamerlingh Onnes membuat penemuan yang tidak dijangka: ternyata pada suhu 4.12 ° K, rintangan elektrik dalam merkuri hilang sepenuhnya. Merkuri menjadi superkonduktor.
Arus elektrik yang teraruh dalam gelang superkonduktor tidak padam dan boleh mengalir hampir selama-lamanya.<гроб Магомета>Di atas cincin sedemikian, bola superkonduktor akan terapung di udara dan tidak jatuh, seperti kisah dongeng
, kerana gravitinya diimbangi oleh tolakan magnet antara cincin dan bola. Lagipun, arus berterusan dalam gelang akan mencipta medan magnet, dan ia, seterusnya, akan mendorong arus elektrik dalam bola dan dengannya medan magnet yang diarahkan bertentangan.
Selain merkuri, timah, plumbum, zink, dan aluminium mempunyai superkonduktiviti hampir sifar mutlak. Sifat ini telah ditemui dalam 23 unsur dan lebih daripada seratus aloi yang berbeza dan sebatian kimia lain.
Suhu di mana superkonduktiviti muncul (suhu kritikal) meliputi julat yang agak luas - daripada 0.35° K (hafnium) hingga 18° K (aloi niobium-tin).
Fenomena superkonduktiviti, seperti super-
kecairan telah dikaji secara terperinci. Kebergantungan suhu kritikal pada struktur dalaman bahan dan medan magnet luar didapati.
Teori superkonduktiviti yang mendalam telah dibangunkan (sumbangan penting dibuat oleh ahli akademik Soviet N. N. Bogolyubov).<танцуя>Intipati fenomena paradoks ini sekali lagi adalah kuantum semata-mata. Pada suhu ultrarendah, elektron masuk<прутьями решетки>superkonduktor membentuk sistem zarah terikat berpasangan yang tidak boleh memberi tenaga kepada kekisi kristal atau kuanta tenaga buangan apabila memanaskannya. Pasangan elektron bergerak seolah-olah
, antara
- ion dan memintasnya tanpa perlanggaran dan pemindahan tenaga.
Superkonduktiviti semakin digunakan dalam teknologi.<шумы>peralatan. Dalam teknologi pengkomputeran elektronik, masa depan yang cemerlang dijanjikan untuk suis superkonduktor berkuasa rendah - cryotron (lihat Art.<Пути электроники>).
Tidak sukar untuk membayangkan betapa menggodanya untuk memajukan operasi peranti sedemikian ke kawasan suhu yang lebih tinggi dan lebih mudah diakses. Baru-baru ini, harapan untuk mencipta superkonduktor filem polimer telah ditemui. Sifat pelik kekonduksian elektrik dalam bahan tersebut menjanjikan peluang cemerlang untuk mengekalkan superkonduktiviti walaupun pada suhu bilik. Para saintis sentiasa mencari cara untuk merealisasikan harapan ini.
Dan sekarang mari kita lihat ke dalam alam perkara paling hangat di dunia - ke dalam kedalaman bintang. Di mana suhu mencapai berjuta-juta darjah.
Pergerakan terma rawak dalam bintang sangat kuat sehingga seluruh atom tidak boleh wujud di sana: mereka musnah dalam perlanggaran yang tidak terkira banyaknya.
Oleh itu, bahan yang sangat panas tidak boleh menjadi pepejal, atau cecair, atau gas. Ia berada dalam keadaan plasma, iaitu campuran bercas elektrik<осколков>atom - nukleus atom dan elektron.
Plasma adalah keadaan jirim yang unik. Oleh kerana zarahnya bercas elektrik, ia sensitif kepada daya elektrik dan magnet. Oleh itu, jarak dekat dua nukleus atom (ia membawa cas positif) adalah fenomena yang jarang berlaku. Hanya pada ketumpatan tinggi dan suhu yang sangat besar, nukleus atom yang berlanggar antara satu sama lain dapat dirapatkan. Kemudian tindak balas termonuklear berlaku - sumber tenaga untuk bintang.
Bintang yang paling dekat dengan kita, Matahari, terdiri terutamanya daripada plasma hidrogen, yang dipanaskan di dalam perut bintang itu hingga 10 juta darjah. Dalam keadaan sedemikian, pertemuan rapat nukleus hidrogen cepat - proton, walaupun jarang berlaku, berlaku. Kadangkala proton yang mendekati berinteraksi: setelah mengatasi tolakan elektrik, mereka jatuh ke dalam kuasa daya tarikan nuklear gergasi, dengan cepat<падают>di atas satu sama lain dan bergabung. Di sini penstrukturan semula serta-merta berlaku: bukannya dua proton, deuteron (nukleus isotop hidrogen berat), positron dan neutrino muncul. Tenaga yang dikeluarkan ialah 0.46 juta volt elektron (MeV).
Setiap proton suria individu boleh memasuki tindak balas sedemikian secara purata sekali setiap 14 bilion tahun. Tetapi terdapat begitu banyak proton di kedalaman cahaya sehingga di sana sini peristiwa yang tidak mungkin berlaku ini - dan bintang kita terbakar dengan nyalanya yang mempesonakan.
Sintesis deuteron hanyalah langkah pertama transformasi termonuklear suria.
Deuteron yang baru lahir tidak lama lagi (secara purata selepas 5.7 saat) bergabung dengan proton lain. Nukleus helium ringan dan kuantum gamma sinaran elektromagnet muncul. 5.48 MeV tenaga dilepaskan.
Akhirnya, secara purata, sekali setiap juta tahun, dua nukleus helium ringan boleh menumpu dan bergabung. Kemudian nukleus helium biasa (zarah alfa) terbentuk dan dua proton dipisahkan. 12.85 MeV tenaga dilepaskan.<конвейер>Tiga peringkat ini<сгорает>tindak balas termonuklear bukan satu-satunya.<золу>Terdapat satu lagi rantaian transformasi nuklear, yang lebih pantas. Nukleus atom karbon dan nitrogen mengambil bahagian di dalamnya (tanpa dimakan). Tetapi dalam kedua-dua pilihan, zarah alfa disintesis daripada nukleus hidrogen. Secara kiasan, plasma hidrogen Matahari
, bertukar menjadi<худеет>- plasma helium. Dan semasa sintesis setiap gram plasma helium, 175 ribu kWj tenaga dilepaskan. Sebilangan besar!<горючего>Setiap saat Matahari mengeluarkan 4,1033 erg tenaga, kehilangan 4,1012 g (4 juta tan) jirim dalam berat. Tetapi jumlah jisim Matahari ialah 2,1027 tan Ini bermakna dalam sejuta tahun, terima kasih kepada sinaran, Matahari
hanya satu persepuluh juta jisimnya. Angka-angka ini dengan fasih menggambarkan keberkesanan tindak balas termonuklear dan nilai kalori gergasi tenaga suria.<зола>- hidrogen.<горючим>Pelaburan termonuklear nampaknya merupakan sumber tenaga utama untuk semua bintang.
Pada suhu dan ketumpatan dalaman yang berbeza, pelbagai jenis tindak balas berlaku. Khususnya, solar<Вселенная вчера, сегодня и завтра>).
-nukleus helium - pada 100 juta darjah ia sendiri menjadi termonuklear
. Kemudian nukleus atom yang lebih berat - karbon dan juga oksigen - boleh disintesis daripada zarah alfa.<горючего>Menurut ramai saintis, keseluruhan Metagalaxy kita secara keseluruhannya juga merupakan hasil gabungan termonuklear, yang berlaku pada suhu satu bilion darjah (lihat Seni.
<Горючего>Ke arah matahari buatan
Nilai kalori termonuklear yang luar biasa
mendorong saintis untuk mencapai pelaksanaan tiruan tindak balas pelakuran nuklear.<горючее>- Terdapat banyak isotop hidrogen di planet kita. Sebagai contoh, tritium hidrogen yang sangat berat boleh dihasilkan daripada litium logam dalam reaktor nuklear. Dan hidrogen berat - deuterium adalah sebahagian daripada air berat, yang boleh diekstrak daripada air biasa.
Masalah ini pertama kali diselesaikan dalam bom hidrogen. Isotop hidrogen di sana dinyalakan oleh letupan bom atom, yang disertai dengan pemanasan bahan hingga berpuluh-puluh juta darjah. Dalam salah satu versi bom hidrogen, bahan api termonuklear ialah sebatian kimia hidrogen berat dengan litium ringan - deuteride litium ringan. Serbuk putih ini, sama dengan garam meja,<воспламеняясь>daripada<спички>, yang merupakan bom atom, serta-merta meletup dan mencipta suhu ratusan juta darjah.
Untuk memulakan tindak balas termonuklear yang aman, seseorang mesti terlebih dahulu mempelajari cara memanaskan dos kecil plasma isotop hidrogen yang cukup padat kepada suhu ratusan juta darjah tanpa perkhidmatan bom atom. Masalah ini adalah salah satu yang paling sukar dalam fizik gunaan moden. Para saintis di seluruh dunia telah mengusahakannya selama bertahun-tahun.
Kami telah mengatakan bahawa ia adalah pergerakan zarah yang huru-hara yang mencipta pemanasan badan, dan tenaga purata pergerakan rawak mereka sepadan dengan suhu. Untuk memanaskan badan yang sejuk bermakna mencipta gangguan ini dalam apa jua cara.
Bayangkan dua kumpulan pelari meluru ke arah satu sama lain. Jadi mereka bertembung, bercampur aduk, remuk dan kekeliruan bermula.
Kekacauan besar!
Dengan cara yang sama, ahli fizik pada mulanya cuba mendapatkan suhu tinggi - dengan melanggar jet gas tekanan tinggi. Gas dipanaskan sehingga 10 ribu darjah. Pada satu ketika ini adalah rekod: suhu lebih tinggi daripada di permukaan Matahari.
Tetapi dengan kaedah ini, pemanasan gas yang lebih perlahan dan tidak meletup adalah mustahil, kerana gangguan haba serta-merta merebak ke semua arah, memanaskan dinding ruang eksperimen dan persekitaran. Haba yang terhasil dengan cepat meninggalkan sistem, dan mustahil untuk mengasingkannya.
Benar, plasma tidak boleh dilindungi daripada kehilangan haba oleh kapal yang diperbuat daripada bahan yang paling refraktori sekalipun. Bersentuhan dengan dinding pepejal, plasma panas serta-merta menyejuk. Tetapi anda boleh cuba memegang dan memanaskan plasma dengan mencipta pengumpulannya dalam vakum supaya ia tidak menyentuh dinding ruang, tetapi tergantung dalam kekosongan, tidak menyentuh apa-apa. Di sini kita harus mengambil kesempatan daripada fakta bahawa zarah plasma tidak neutral, seperti atom gas, tetapi bercas elektrik. Oleh itu, apabila bergerak, mereka terdedah kepada daya magnet. Tugas timbul: untuk mencipta medan magnet konfigurasi khas di mana plasma panas akan digantung seolah-olah dalam beg dengan dinding yang tidak kelihatan.
Bentuk paling ringkas plasma sedemikian dicipta secara automatik apabila denyutan arus elektrik yang kuat disalurkan melalui plasma. Dalam kes ini, daya magnet teraruh di sekeliling kord plasma, yang cenderung untuk memampatkan kord.
Plasma dipisahkan dari dinding tiub pelepasan, dan pada paksi kord dalam penghancuran zarah suhu meningkat kepada 2 juta darjah.
Di negara kita, eksperimen sedemikian telah dilakukan pada tahun 1950 di bawah pimpinan ahli akademik JI. A. Artsimovich dan M. A. Leontovich.
Satu lagi arah eksperimen ialah penggunaan botol magnet, yang dicadangkan pada tahun 1952 oleh ahli fizik Soviet G.I Budker, kini seorang ahli akademik. Botol magnet diletakkan di dalam ruang gabus - ruang vakum silinder yang dilengkapi dengan penggulungan luaran, yang terkondensasi di hujung ruang. Arus yang mengalir melalui belitan mencipta medan magnet di dalam ruang. Garis medannya di bahagian tengah terletak selari dengan penjanaan silinder, dan pada hujungnya ia dimampatkan dan membentuk palam magnet. Zarah plasma disuntik ke dalam botol magnet bergulung di sekeliling garis medan dan dipantulkan dari palam. Akibatnya, plasma disimpan di dalam botol untuk beberapa lama. Sekiranya tenaga zarah plasma yang dimasukkan ke dalam botol cukup tinggi dan jumlahnya mencukupi, ia memasuki interaksi daya yang kompleks, pergerakan yang diarahkan pada mulanya menjadi keliru, menjadi tidak teratur - suhu nukleus hidrogen meningkat kepada puluhan juta ijazah.<ударами>Pemanasan tambahan dicapai oleh elektromagnet
Untuk memulakan tindak balas mampan sendiri, suhu dan ketumpatan plasma mesti ditingkatkan lagi. Ini sukar dicapai. Walau bagaimanapun, masalah itu, seperti yang diyakinkan oleh saintis, sudah pasti boleh diselesaikan.
G.B. Anfilov
Menyiarkan gambar dan memetik artikel dari laman web kami pada sumber lain dibenarkan dengan syarat pautan ke sumber dan gambar disediakan.
Suhu mengehadkan di mana isipadu gas ideal menjadi sama dengan sifar diambil sebagai suhu sifar mutlak. Walau bagaimanapun, isipadu gas nyata pada suhu sifar mutlak tidak boleh lenyap. Adakah had suhu ini masuk akal?
Suhu mengehadkan, yang kewujudannya mengikut undang-undang Gay-Lussac, masuk akal, kerana secara praktikal mungkin untuk membawa sifat-sifat gas sebenar lebih dekat dengan sifat-sifat yang ideal. Untuk melakukan ini, anda perlu mengambil gas yang semakin jarang, supaya ketumpatannya cenderung kepada sifar. Sesungguhnya, apabila suhu berkurangan, isipadu gas sedemikian akan cenderung kepada had, hampir kepada sifar.
Mari cari nilai sifar mutlak pada skala Celsius. Menyamakan isipadu VV formula (3.6.4) sifar dan mengambil kira itu
Oleh itu suhu sifar mutlak ialah
* Nilai sifar mutlak yang lebih tepat: -273.15 °C.
Ini adalah suhu yang melampau, paling rendah dalam alam semula jadi, "darjah sejuk yang paling hebat atau terakhir", kewujudan yang diramalkan oleh Lomonosov.
Skala Kelvin
Kelvin William (Thomson W.) (1824-1907) - seorang ahli fizik Inggeris yang cemerlang, salah seorang pengasas termodinamik dan teori kinetik molekul gas.
Kelvin memperkenalkan skala suhu mutlak dan memberikan salah satu rumusan undang-undang kedua termodinamik dalam bentuk ketidakmungkinan menukar haba sepenuhnya kepada kerja. Dia mengira saiz molekul berdasarkan pengukuran tenaga permukaan cecair. Berhubung dengan peletakan kabel telegraf transatlantik, Kelvin membangunkan teori ayunan elektromagnet dan memperoleh formula untuk tempoh ayunan bebas dalam litar. Atas pencapaian saintifiknya, W. Thomson menerima gelaran Lord Kelvin.
Saintis Inggeris W. Kelvin memperkenalkan skala suhu mutlak. Suhu sifar pada skala Kelvin sepadan dengan sifar mutlak, dan unit suhu pada skala ini adalah sama dengan darjah pada skala Celsius, jadi suhu mutlak T adalah berkaitan dengan suhu pada skala Celsius dengan formula
(3.7.6)
Rajah 3.11 menunjukkan skala mutlak dan skala Celsius untuk perbandingan.
Unit SI bagi suhu mutlak dipanggil kelvin (disingkat K). Oleh itu, satu darjah pada skala Celsius adalah sama dengan satu darjah pada skala Kelvin: 1 °C = 1 K.
Oleh itu, suhu mutlak, mengikut takrifan yang diberikan oleh formula (3.7.6), ialah kuantiti terbitan yang bergantung pada suhu Celsius dan pada nilai yang ditentukan secara eksperimen bagi a. Walau bagaimanapun, ia adalah kepentingan asas.
Dari sudut pandangan teori kinetik molekul, suhu mutlak berkaitan dengan tenaga kinetik purata pergerakan huru-hara atom atau molekul. Pada T = O K pergerakan terma molekul terhenti. Ini akan dibincangkan dengan lebih terperinci dalam Bab 4.
Kebergantungan isipadu pada suhu mutlak
Menggunakan skala Kelvin, hukum Gay-Lussac (3.6.4) boleh ditulis dalam bentuk yang lebih mudah. Kerana
(3.7.7)
Isipadu gas bagi jisim tertentu pada tekanan malar adalah berkadar terus dengan suhu mutlak.
Ia berikutan bahawa nisbah isipadu gas yang sama jisim dalam keadaan yang berbeza pada tekanan yang sama adalah sama dengan nisbah suhu mutlak:
(3.7.8)
Terdapat kemungkinan suhu minimum di mana isipadu (dan tekanan) gas ideal hilang. Ini adalah suhu sifar mutlak:-273 °C. Adalah mudah untuk mengira suhu dari sifar mutlak. Beginilah cara skala suhu mutlak dibina.
> Sifar mutlak
Ketahui apa yang sama dengannya suhu sifar mutlak dan nilai entropi. Ketahui berapa suhu sifar mutlak pada skala Celsius dan Kelvin.
Sifar mutlak– suhu minimum. Ini adalah titik di mana entropi mencapai nilai terendahnya.
Objektif Pembelajaran
- Fahami mengapa sifar mutlak ialah penunjuk semula jadi bagi titik sifar.
Perkara utama
- Sifar mutlak adalah universal, iaitu semua jirim berada dalam keadaan dasar pada penunjuk ini.
- K mempunyai tenaga sifar mekanikal kuantum. Tetapi dalam tafsiran, tenaga kinetik boleh menjadi sifar, dan tenaga haba hilang.
- Suhu terendah dalam keadaan makmal mencapai 10-12 K. Suhu semula jadi minimum ialah 1 K (pengembangan gas dalam Nebula Boomerang).
Syarat
- Entropi ialah ukuran bagaimana tenaga seragam diagihkan dalam sistem.
- Termodinamik ialah cabang sains yang mengkaji haba dan hubungannya dengan tenaga dan kerja.
Sifar mutlak ialah suhu minimum di mana entropi mencapai nilai terendahnya. Iaitu, ini adalah penunjuk terkecil yang boleh diperhatikan dalam sistem. Ini adalah konsep universal dan bertindak sebagai titik sifar dalam sistem unit suhu.
Graf tekanan lawan suhu bagi gas yang berbeza dengan isipadu tetap. Ambil perhatian bahawa semua graf mengekstrapolasi kepada tekanan sifar pada satu suhu
Sistem pada sifar mutlak masih dikurniakan tenaga titik sifar mekanikal kuantum. Mengikut prinsip ketidakpastian, kedudukan zarah tidak boleh ditentukan dengan ketepatan mutlak. Jika zarah disesarkan pada sifar mutlak, ia masih mempunyai rizab tenaga minimum. Tetapi dalam termodinamik klasik, tenaga kinetik boleh menjadi sifar, dan tenaga haba hilang.
Titik sifar skala termodinamik, seperti Kelvin, adalah sama dengan sifar mutlak. Perjanjian antarabangsa telah menetapkan bahawa suhu sifar mutlak mencapai 0K pada skala Kelvin dan -273.15°C pada skala Celsius. Bahan tersebut mempamerkan kesan kuantum pada suhu minimum, seperti superkonduktiviti dan superfluiditi. Suhu terendah dalam keadaan makmal ialah 10-12 K, dan dalam persekitaran semula jadi - 1 K (pengembangan gas yang cepat di Nebula Boomerang).
Pengembangan gas yang cepat membawa kepada suhu minimum yang diperhatikan
Sifar mutlak sepadan dengan suhu -273.15 °C.
Adalah dipercayai bahawa sifar mutlak tidak boleh dicapai dalam amalan. Kewujudan dan kedudukannya pada skala suhu berikutan daripada ekstrapolasi fenomena fizikal yang diperhatikan, dan ekstrapolasi sedemikian menunjukkan bahawa pada sifar mutlak tenaga pergerakan terma molekul dan atom sesuatu bahan hendaklah sama dengan sifar, iaitu pergerakan zarah yang huru-hara. berhenti, dan mereka membentuk struktur yang teratur, menduduki kedudukan yang jelas dalam nod kekisi kristal. Walau bagaimanapun, sebenarnya, walaupun pada suhu sifar mutlak, pergerakan tetap zarah yang membentuk jirim akan kekal. Ayunan yang tinggal, seperti ayunan titik sifar, adalah disebabkan oleh sifat kuantum zarah dan vakum fizikal yang mengelilinginya.
Pada masa ini, dalam makmal fizikal adalah mungkin untuk memperoleh suhu melebihi sifar mutlak dengan hanya beberapa persejuta darjah; untuk mencapainya sendiri, mengikut undang-undang termodinamik, adalah mustahil.
Nota
kesusasteraan
- G. Burmin. Serangan ke atas sifar mutlak. - M.: "Kesusasteraan Kanak-kanak", 1983.
Lihat juga
Yayasan Wikimedia.
2010.:sinonim
Suhu, asal usul suhu pada skala suhu termodinamik (lihat SKALA SUHU TERMODINAMIK). Sifar mutlak terletak 273.16 °C di bawah suhu titik tiga (lihat TITIK TRIPLE) air, yang mana ia diterima ... ... Kamus Ensiklopedia
Suhu, asal usul suhu pada skala suhu termodinamik. Sifar mutlak terletak 273.16°C di bawah suhu titik tiga air (0.01°C). Sifar mutlak pada asasnya tidak boleh dicapai, suhu hampir dicapai... ... Ensiklopedia moden
Suhu ialah titik permulaan bagi suhu pada skala suhu termodinamik. Sifar mutlak terletak pada 273.16.C di bawah suhu titik tiga air, yang mana nilainya ialah 0.01.C. Sifar mutlak pada asasnya tidak boleh dicapai (lihat... ... Kamus Ensiklopedia Besar
Suhu, menyatakan ketiadaan haba, adalah sama dengan 218° C. Kamus perkataan asing termasuk dalam bahasa Rusia. Pavlenkov F., 1907. suhu sifar mutlak (fizikal) - suhu terendah yang mungkin (273.15°C). kamus besar... ... Kamus perkataan asing bahasa Rusia
sifar mutlak- Suhu yang sangat rendah di mana pergerakan terma molekul berhenti pada skala Kelvin, sifar mutlak (0°K) sepadan dengan –273.16±0.01°C... Kamus Geografi
Kata nama, bilangan sinonim: 15 bulat sifar (8) lelaki kecil (32) goreng kecil ... Kamus sinonim
Suhu yang sangat rendah di mana pergerakan terma molekul berhenti. Tekanan dan isipadu gas ideal, menurut hukum Boyle-Mariotte, menjadi sama dengan sifar, dan permulaan suhu mutlak pada skala Kelvin diambil sebagai... ... kamus ekologi
sifar mutlak- - [A.S. Goldberg. Kamus tenaga Inggeris-Rusia. 2006] Topik tenaga secara umum EN titik sifar ... Panduan Penterjemah Teknikal
Permulaan rujukan suhu mutlak. Sepadan dengan 273.16° C. Pada masa ini, dalam makmal fizikal adalah mungkin untuk memperoleh suhu yang melebihi sifar mutlak hanya dengan beberapa persejuta darjah, dan untuk mencapainya, mengikut undang-undang... ... Ensiklopedia Collier
sifar mutlak- absoliutusis nulis status sebagai T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Termodinaminės temperatūros atskaitos pradžia, esanti 273.16 K žemiau vandens trigubojo taško. Tai 273.16 °C, 459.69 °F arba 0 K temperatūra. atitikmenys: engl.… … Penkiakalbis aiškinamasi metrologijos terminų žodynas
sifar mutlak- absoliutusis nulis status sebagai T sritis chemija apibrėžtis Kelvino skalės nulis (−273.16 °C). atitikmenys: engl. sifar mutlak rus. sifar mutlak... Chemijos terminų aiškinamasi žodynas