لماذا لا نصل إلى درجة حرارة الصفر المطلق؟ ما هو المعنى المادي للصفر المطلق؟الصفر المطلق معنى مئوية.

العلم

حتى وقت قريب، كانت أبرد درجة حرارة يمكن أن يصل إليها جسم مادي تعتبر "الصفر المطلق" على مقياس كلفن. إنه يتوافق -273.15 درجة مئويةأو -460 درجة فهرنهايت.

الآن تمكن الفيزيائيون من ألمانيا من الوصول إلى درجات حرارة أقل من الصفر المطلق. سيساعد مثل هذا الاكتشاف العلماء على فهم ظواهر مثل الطاقة المظلمة وخلق أشكال جديدة من المادة.

درجة حرارة الصفر المطلق

في منتصف القرن التاسع عشر، ابتكر الفيزيائي البريطاني اللورد كلفن مقياس درجة الحرارة المطلقة وحدد ذلك لا شيء يمكن أن يكون أكثر برودة من الصفر المطلق. عندما تكون الجسيمات عند درجة حرارة الصفر المطلق، فإنها تتوقف عن الحركة ولا يكون لها طاقة.

درجة حرارة الجسم هي مقياس لمدى تحرك الذرات. كلما كان الجسم أكثر برودة، كانت حركة الذرات أبطأ. عند الصفر المطلق، أو -273.15 درجة مئوية، تتوقف الذرات عن الحركة.

في خمسينيات القرن العشرين، بدأ الفيزيائيون يجادلون بأن الجسيمات لا تفقد طاقتها دائمًا عند الصفر المطلق.

العلماء من جامعة لودفيج ماكسيميليانفي ميونيخ و معهد ماكس بلانك للبصريات الكموميةتم إنشاء الغاز في جارشينج، والذي أصبح أبرد من الصفر المطلق بعدة نانوكلفن.

لقد قاموا بتبريد حوالي 100.000 ذرة إلى درجة حرارة قليلة من النانوكلفن (النانوكلفن هو جزء من مليار من كلفن) واستخدموا شبكة من أشعة الليزر والمجالات المغناطيسية للتحكم في سلوك الذرات ودفعها إلى حد جديد لدرجة الحرارة.

أعلى درجة حرارة

إذا كانت أدنى درجة حرارة ممكنة تعتبر الصفر المطلق، فما هي درجة الحرارة التي يمكن اعتبارها عكسها - أعلى درجة حرارة؟ وفقًا للنماذج الكونية، فإن أعلى درجة حرارة ممكنة هي درجة حرارة بلانك، والتي تقابل 1.416785(71)x1032 كلفن (141 نونليون 679 أوكتليون درجة).

لقد مر كوننا بالفعل عبر درجة حرارة بلانك. حدث هذا بعد 10^-42 ثانية من الانفجار العظيم، عندما ولد الكون.

أدنى درجة حرارة على وجه الأرض

تم تسجيل أدنى درجة حرارة على الأرض في 21 يوليو 1983 في محطة فوستوك بالقارة القطبية الجنوبية، وكانت -89.2 درجة مئوية.

محطة فوستوك هي أبرد مكان مأهول بشكل دائم على وجه الأرض. أسستها روسيا عام 1957 وتقع على ارتفاع 3488 متراً فوق سطح البحر.

أعلى درجة حرارة على وجه الأرض

تم تسجيل أعلى درجة حرارة على الأرض في 10 يوليو 1913 في وادي الموت في كاليفورنيا وكانت 56.7 درجة مئوية.

تم دحض الرقم القياسي السابق لأعلى درجة حرارة في العالم في مدينة العزيزية بليبيا والبالغة 57.7 درجة مئوية المنظمة العالمية للأرصاد الجويةبسبب بيانات غير موثوقة.

تعتبر درجة الحرارة الحدية التي يصبح عندها حجم الغاز المثالي مساويًا للصفر هي درجة حرارة الصفر المطلق. ومع ذلك، فإن حجم الغازات الحقيقية عند درجة حرارة الصفر المطلق لا يمكن أن يختفي. هل حد درجة الحرارة هذا منطقي إذن؟

إن درجة الحرارة المحددة، التي يتبع وجودها قانون جاي-لوساك، أمر منطقي، لأنه من الممكن عمليا تقريب خصائص الغاز الحقيقي من خصائص الغاز المثالي. للقيام بذلك، تحتاج إلى تناول غاز متخلخل بشكل متزايد، بحيث تميل كثافته إلى الصفر. في الواقع، مع انخفاض درجة الحرارة، فإن حجم هذا الغاز سوف يميل إلى الحد الأقصى، بالقرب من الصفر.

دعونا نجد قيمة الصفر المطلق على مقياس مئوية. معادلة الحجم الخامسالخامسالصيغة (3.6.4) صفر مع مراعاة ذلك

ومن هنا تكون درجة حرارة الصفر المطلق

* قيمة الصفر المطلق الأكثر دقة: -273.15 درجة مئوية.

هذه هي أقصى درجة حرارة وأدنى درجة حرارة في الطبيعة، وهي "الدرجة الأكبر أو الأخيرة من البرد"، التي تنبأ بوجودها لومونوسوف.

مقياس كلفن

كلفن ويليام (طومسون دبليو) (1824-1907) - فيزيائي إنجليزي بارز، أحد مؤسسي الديناميكا الحرارية والنظرية الحركية الجزيئية للغازات.

قدم كلفن مقياس درجة الحرارة المطلقة وأعطى إحدى صيغ القانون الثاني للديناميكا الحرارية في شكل استحالة تحويل الحرارة بالكامل إلى شغل. وقام بحساب حجم الجزيئات بناءً على قياس الطاقة السطحية للسائل. فيما يتعلق بمد كابل التلغراف عبر المحيط الأطلسي، طور كلفن نظرية التذبذبات الكهرومغناطيسية واشتق صيغة لفترة التذبذبات الحرة في الدائرة. لإنجازاته العلمية، حصل دبليو طومسون على لقب اللورد كلفن.

قدم العالم الإنجليزي دبليو كلفن مقياس درجة الحرارة المطلقة. درجة حرارة الصفر على مقياس كلفن تقابل الصفر المطلق، ووحدة درجة الحرارة على هذا المقياس تساوي درجة على مقياس مئوية، إذن درجة الحرارة المطلقة تيرتبط بدرجة الحرارة على مقياس مئوية بواسطة الصيغة

(3.7.6)

ويبين الشكل 3.11 المقياس المطلق ومقياس مئوية للمقارنة.

وحدة SI لدرجة الحرارة المطلقة تسمى كلفن (مختصر K). لذلك، درجة واحدة على مقياس مئوية تساوي درجة واحدة على مقياس كلفن: 1 درجة مئوية = 1 كلفن.

وبالتالي، فإن درجة الحرارة المطلقة، حسب التعريف الوارد في الصيغة (3.7.6)، هي كمية مشتقة تعتمد على درجة الحرارة المئوية وعلى القيمة المحددة تجريبيا لـ a. ومع ذلك، فهو ذو أهمية أساسية.

من وجهة نظر النظرية الحركية الجزيئية، ترتبط درجة الحرارة المطلقة بمتوسط ​​الطاقة الحركية للحركة الفوضوية للذرات أو الجزيئات. في ت = O K تتوقف الحركة الحرارية للجزيئات. وسيتم مناقشة هذا بمزيد من التفصيل في الفصل 4.

اعتماد الحجم على درجة الحرارة المطلقة

باستخدام مقياس كلفن، يمكن كتابة قانون جاي لوساك (3.6.4) بشكل أبسط. لأن

(3.7.7)

حجم الغاز من كتلة معينة عند ضغط ثابت يتناسب طرديا مع درجة الحرارة المطلقة.

ويترتب على ذلك أن نسبة أحجام الغاز من نفس الكتلة في حالات مختلفة عند نفس الضغط تساوي نسبة درجات الحرارة المطلقة:

(3.7.8)

هناك أدنى درجة حرارة ممكنة يختفي عندها حجم (وضغط) الغاز المثالي. هذه هي درجة حرارة الصفر المطلق:-273 درجة مئوية. من الملائم حساب درجة الحرارة من الصفر المطلق. هذه هي الطريقة التي يتم بها بناء مقياس درجة الحرارة المطلقة.

الصفر المطلق يتوافق مع درجة حرارة -273.15 درجة مئوية.

ويعتقد أن الصفر المطلق لا يمكن تحقيقه عمليا. إن وجودها وموقعها على مقياس درجة الحرارة ينبع من استقراء الظواهر الفيزيائية المرصودة، ويظهر هذا الاستقراء أنه عند الصفر المطلق، يجب أن تكون طاقة الحركة الحرارية لجزيئات وذرات المادة مساوية للصفر، أي الحركة الفوضوية للجزيئات تتوقف، وتشكل بنية مرتبة، وتحتل موقعًا واضحًا في عقد الشبكة البلورية. ومع ذلك، في الواقع، حتى عند درجة حرارة الصفر المطلق، ستبقى الحركات المنتظمة للجزيئات التي تشكل المادة. أما التذبذبات المتبقية، مثل تذبذبات نقطة الصفر، فهي ناتجة عن الخصائص الكمومية للجسيمات والفراغ الفيزيائي الذي يحيط بها.

في الوقت الحاضر، في المختبرات الفيزيائية، كان من الممكن الحصول على درجات حرارة تتجاوز الصفر المطلق ببضعة أجزاء فقط من المليون من الدرجة؛ لتحقيق ذلك، وفقا لقوانين الديناميكا الحرارية، أمر مستحيل.

ملحوظات

الأدب

• جي بورمين. الاعتداء على الصفر المطلق. - م: «أدب الأطفال» 1983.

أنظر أيضا

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

المرادفات:

انظر ما هو "الصفر المطلق" في القواميس الأخرى:

درجات الحرارة، أصل درجة الحرارة على مقياس درجة الحرارة الديناميكي الحراري (انظر مقياس درجة الحرارة الديناميكية الحرارية). يقع الصفر المطلق عند درجة حرارة 273.16 درجة مئوية تحت درجة حرارة النقطة الثلاثية (انظر النقطة الثلاثية) للماء والتي يقبل عليها... ... القاموس الموسوعي

درجات الحرارة، أصل درجة الحرارة على مقياس درجة الحرارة الديناميكي الحراري. يقع الصفر المطلق عند 273.16 درجة مئوية تحت درجة حرارة النقطة الثلاثية للماء (0.01 درجة مئوية). الصفر المطلق هو أمر بعيد المنال بشكل أساسي، وقد وصلت درجات الحرارة تقريبًا... ... الموسوعة الحديثة

درجات الحرارة هي نقطة البداية لدرجة الحرارة على مقياس درجة الحرارة الديناميكي الحراري. ويقع الصفر المطلق عند درجة حرارة 273.16.C تحت درجة حرارة النقطة الثلاثية للماء، والتي تبلغ قيمتها 0.01.C. الصفر المطلق لا يمكن تحقيقه بالأساس (انظر... ... القاموس الموسوعي الكبير

درجة الحرارة التي تعبر عن غياب الحرارة تساوي 218 درجة مئوية. قاموس الكلمات الأجنبية المدرجة في اللغة الروسية. بافلينكوف ف.، 1907. درجة حرارة الصفر المطلق (الفيزيائي) - أدنى درجة حرارة ممكنة (273.15 درجة مئوية). قاموس كبير.... قاموس الكلمات الأجنبية للغة الروسية

الصفر المطلق- درجة الحرارة المنخفضة للغاية التي تتوقف عندها الحركة الحرارية للجزيئات؛ على مقياس كلفن، الصفر المطلق (0 درجة كلفن) يقابل -273.16±0.01 درجة مئوية... قاموس الجغرافيا

الاسم عدد المرادفات: 15 جولة صفر (8) رجل صغير (32) زريعة صغيرة ... قاموس المرادفات

درجة الحرارة المنخفضة للغاية التي تتوقف عندها الحركة الحرارية للجزيئات. يصبح ضغط وحجم الغاز المثالي حسب قانون بويل ماريوت مساوياً للصفر، وتعتبر بداية درجة الحرارة المطلقة على مقياس كلفن هي... ... القاموس البيئي

الصفر المطلق- - [أ.س. غولدبرغ. قاموس الطاقة الإنجليزي الروسي. 2006] موضوعات الطاقة بشكل عام EN نقطة الصفر ... دليل المترجم الفني

بداية مرجعية درجة الحرارة المطلقة. تتوافق مع 273.16 درجة مئوية. حاليًا، في المختبرات الفيزيائية، كان من الممكن الحصول على درجة حرارة تتجاوز الصفر المطلق ببضعة أجزاء من المليون من الدرجة فقط، ويتم تحقيق ذلك وفقًا للقوانين... ... موسوعة كولير

الصفر المطلق- لا يوجد مطلق للحالة T sritis Standards Standards and Metrologija Apibrėžtis Termodinaminės درجات الحرارة المثالية، والتي تبلغ 273.16 ألف درجة مئوية من متطلبات التشغيل. تاي 273.16 درجة مئوية، 459.69 درجة فهرنهايت، درجة حرارة 0 كلفن. السمات: الإنجليزية… ... Penkiakalbis aiškinamasis Metrologijos terminų žodynas

الصفر المطلق- حالة مطلقة خالية من المواد الكيميائية التي تحتوي على مادة كلفينو خالية من المادة (−273.16 درجة مئوية). السمات: الإنجليزية. الصفر المطلق روس. الصفر المطلق... تنتهي الكيمياء بحياة جديدة

درجة الحرارة المطلقة صفر تقابل 273.15 درجة مئوية تحت الصفر، و459.67 تحت الصفر فهرنهايت. بالنسبة لمقياس درجة حرارة كلفن، فإن درجة الحرارة هذه نفسها هي علامة الصفر.

جوهر درجة حرارة الصفر المطلق

إن مفهوم الصفر المطلق يأتي من جوهر درجة الحرارة. أي جسم ينطلق في البيئة الخارجية أثناء. وفي الوقت نفسه تنخفض درجة حرارة الجسم، أي. تبقى طاقة أقل. من الناحية النظرية، يمكن أن تستمر هذه العملية حتى تصل كمية الطاقة إلى الحد الأدنى بحيث لا يستطيع الجسم التخلي عنها.
يمكن بالفعل العثور على نذير بعيد لمثل هذه الفكرة في M. V. Lomonosov. وقد فسر العالم الروسي العظيم الحرارة بالحركة "الدوارة". وبالتالي فإن الحد الأقصى لدرجة التبريد هو التوقف الكامل لهذه الحركة.

وفقًا للمفاهيم الحديثة، فإن درجة حرارة الصفر المطلق هي التي يكون فيها للجزيئات أدنى مستوى طاقة ممكن. مع طاقة أقل، أي. عند درجة حرارة منخفضة، لا يمكن أن يوجد أي جسم مادي.

النظرية والتطبيق

إن درجة حرارة الصفر المطلق هي مفهوم نظري، ومن المستحيل تحقيقها عمليا، من حيث المبدأ، حتى في المختبرات العلمية المجهزة بأحدث المعدات. لكن العلماء تمكنوا من تبريد المادة إلى درجات حرارة منخفضة للغاية تقترب من الصفر المطلق.

وفي درجات الحرارة هذه، تكتسب المواد خصائص مذهلة لا يمكن أن تمتلكها في الظروف العادية. والزئبق، الذي يسمى "الفضة الحية" لأنه في حالة قريبة من السائل، يصبح صلبا عند درجة الحرارة هذه - لدرجة أنه يمكن استخدامه لدق المسامير. بعض المعادن تصبح هشة، مثل الزجاج. يصبح المطاط بنفس القدر من القوة. إذا ضربت جسمًا مطاطيًا بمطرقة عند درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق، فسوف ينكسر مثل الزجاج.

يرتبط هذا التغيير في الخصائص أيضًا بطبيعة الحرارة. كلما ارتفعت درجة حرارة الجسم المادي، كلما كانت حركة الجزيئات أكثر كثافة وفوضوية. مع انخفاض درجة الحرارة، تصبح الحركة أقل كثافة ويصبح الهيكل أكثر تنظيما. وهكذا يصبح الغاز سائلاً، والسائل يصبح صلباً. المستوى النهائي للنظام هو البنية البلورية. وفي درجات حرارة منخفضة للغاية، حتى المواد التي تظل عادة غير متبلورة، مثل المطاط، تكتسبها.

تحدث ظواهر مثيرة للاهتمام أيضًا مع المعادن. تهتز ذرات الشبكة البلورية بسعة أقل، ويقل تشتت الإلكترونات، وبالتالي تقل المقاومة الكهربائية. يكتسب المعدن الموصلية الفائقة، والتي يبدو تطبيقها العملي مغريًا للغاية، على الرغم من صعوبة تحقيقها.

أي جسم مادي، بما في ذلك جميع الكائنات الموجودة في الكون، لديه حد أدنى لدرجة الحرارة أو الحد الأقصى لها. تعتبر نقطة البداية لأي مقياس لدرجة الحرارة هي قيمة درجة حرارة الصفر المطلق. ولكن هذا من الناحية النظرية فقط. الحركة الفوضوية للذرات والجزيئات، التي تتخلى عن طاقتها في هذا الوقت، لم تتوقف بعد في الممارسة العملية.

وهذا هو السبب الرئيسي لعدم إمكانية الوصول إلى درجات حرارة الصفر المطلق. لا تزال هناك مناقشات حول عواقب هذه العملية. من وجهة نظر الديناميكا الحرارية، فإن هذا الحد لا يمكن الوصول إليه، لأن الحركة الحرارية للذرات والجزيئات تتوقف تمامًا، ويتم تشكيل شبكة بلورية.

يتصور ممثلو فيزياء الكم وجود الحد الأدنى من التذبذبات الصفرية عند درجات حرارة الصفر المطلق.

ما هي قيمة درجة حرارة الصفر المطلق ولماذا لا يمكن تحقيقها؟

وفي المؤتمر العام للأوزان والمقاييس تم وضع نقطة مرجعية أو مرجعية لأول مرة لأجهزة القياس التي تحدد مؤشرات درجات الحرارة.

حاليًا، في النظام الدولي للوحدات، النقطة المرجعية للمقياس المئوي هي 0 درجة مئوية للتجميد و100 درجة مئوية للغليان، وقيمة درجات حرارة الصفر المطلق تساوي -273.15 درجة مئوية.

باستخدام قيم درجة الحرارة على مقياس كلفن وفقًا لنفس النظام الدولي للوحدات، سيحدث غليان الماء عند القيمة المرجعية 99.975 درجة مئوية، والصفر المطلق يساوي 0. وعلى مقياس فهرنهايت يتوافق المؤشر مع -459.67 درجة .

ولكن، إذا تم الحصول على هذه البيانات، فلماذا إذن يكون من المستحيل تحقيق درجات حرارة الصفر المطلق عمليا؟ للمقارنة، يمكننا أن نأخذ سرعة الضوء المعروفة، والتي تساوي القيمة الفيزيائية الثابتة البالغة 1،079،252،848.8 كم / ساعة.

ومع ذلك، لا يمكن تحقيق هذه القيمة عمليا. ويعتمد ذلك على الطول الموجي للإرسال، والظروف، والامتصاص المطلوب لكمية كبيرة من الطاقة بواسطة الجسيمات. وللحصول على قيمة درجات حرارة الصفر المطلق يتطلب إنتاج كبير من الطاقة وغياب مصادرها لمنع دخولها إلى الذرات والجزيئات.

ولكن حتى في ظروف الفراغ الكامل، لم يتمكن العلماء من الحصول على سرعة الضوء أو درجة حرارة الصفر المطلق.

لماذا من الممكن الوصول إلى درجة حرارة الصفر تقريبًا، ولكن ليس الصفر المطلق؟

إن ما سيحدث عندما يتمكن العلم من الاقتراب من تحقيق درجة حرارة منخفضة للغاية تصل إلى الصفر المطلق يبقى فقط في نظرية الديناميكا الحرارية وفيزياء الكم. ما هو السبب وراء عدم إمكانية تحقيق درجات حرارة الصفر المطلق عمليا.

جميع المحاولات المعروفة لتبريد مادة ما إلى الحد الأدنى بسبب فقدان الطاقة الأقصى أدت إلى وصول السعة الحرارية للمادة أيضًا إلى الحد الأدنى. ببساطة لم تعد الجزيئات قادرة على التخلي عن الطاقة المتبقية. ونتيجة لذلك توقفت عملية التبريد دون الوصول إلى الصفر المطلق.

عند دراسة سلوك المعادن في ظروف قريبة من درجات حرارة الصفر المطلق، وجد العلماء أن الحد الأقصى للانخفاض في درجة الحرارة يجب أن يؤدي إلى فقدان المقاومة.

لكن توقف حركة الذرات والجزيئات أدى فقط إلى تكوين شبكة بلورية تنقل من خلالها الإلكترونات المارة جزءًا من طاقتها إلى الذرات الثابتة. ومرة أخرى، لم يكن من الممكن الوصول إلى الصفر المطلق.

وفي عام 2003، كانت درجة الحرارة أقل بمقدار نصف مليار من درجة مئوية واحدة فقط من الصفر المطلق. استخدم باحثو وكالة ناسا جزيء Na لإجراء التجارب، والذي كان دائمًا في مجال مغناطيسي ويتخلى عن طاقته.

أقرب إنجاز حققه العلماء في جامعة ييل، الذين وصلوا في عام 2014 إلى رقم 0.0025 كلفن. المركب الناتج، أحادي فلوريد السترونتيوم (SrF)، استمر لمدة 2.5 ثانية فقط. وفي النهاية ما زال يتفكك إلى ذرات.