Apsolutna nula (apsolutna nula) - početak apsolutne temperature, počevši od 273,16 K ispod trostruke tačke vode (tačka ravnoteže tri faze - leda, vode i vodene pare); na apsolutnoj nuli, kretanje molekula prestaje, i oni su u stanju "nulte" kretanja. Ili: najviše niske temperature, pri čemu tvar ne sadrži toplinsku energiju.
Apsolutna nula Počni očitavanje apsolutne temperature. Odgovara -273,16 °C. Trenutno su fizičke laboratorije uspjele postići temperaturu koja prelazi apsolutnu nulu za samo nekoliko milionitih dijelova stepena, ali prema zakonima termodinamike to je nemoguće postići. Na apsolutnoj nuli, sistem bi bio u stanju sa najnižom mogućom energijom (u tom stanju atomi i molekuli bi pravili "nula" vibracija) i imao bi nultu entropiju (nula poremećaj). Zapremina idealnog gasa u tački apsolutne nule mora biti jednaka nuli, a za određivanje ove tačke, zapremina stvarnog gasa helijuma se meri na dosljedan snižavanje temperature dok se ne ukapni pri niskom pritisku (-268,9°C) i ekstrapolira na temperaturu na kojoj bi zapremina gasa pala na nulu u odsustvu ukapljivanja. Apsolutna temperatura termodinamički Skala se mjeri u kelvinima, označena simbolom K. Apsolutno termodinamički skala i Celzijusova skala su jednostavno pomaknute jedna u odnosu na drugu i povezane su relacijom K = °C + 273,16 °.
Priča
Riječ "temperatura" nastala je u vrijeme kada su ljudi vjerovali da toplija tijela sadrže veću količinu posebne tvari - kalorične od manje zagrijanih. Stoga se temperatura doživljavala kao jačina mješavine tjelesne tvari i kalorija. Zbog toga se mjerne jedinice za jačinu alkoholnih pića i temperaturu nazivaju isto - stepeni.
Jer je temperatura kinetička energija molekula, jasno je da je najprirodnije mjeriti u energetskim jedinicama (tj. u SI sistemu u džulima). Međutim, mjerenje temperature počelo je mnogo prije stvaranja molekularne kinetičke teorije, pa praktične vage mjere temperaturu u konvencionalnim jedinicama - stepenima.
Kelvinova skala
U termodinamici se koristi Kelvinova skala u kojoj se temperatura mjeri od apsolutne nule (stanja koje odgovara najmanjem teoretski mogućem unutrašnja energija tijelo), a jedan kelvin je jednak 1/273,16 udaljenosti od apsolutne nule do trostruke tačke vode (stanje u kojem su led, voda i vodena para u ravnoteži). Boltzmannova konstanta se koristi za pretvaranje kelvina u energetske jedinice. Koriste se i izvedene jedinice: kilokelvin, megakelvin, milikelvin itd.
Celzijus
U svakodnevnom životu koristi se Celzijeva skala u kojoj se tačka smrzavanja vode uzima kao 0, a tačka ključanja vode pri atmosferskom pritisku uzima se kao 100 °. Pošto tačke smrzavanja i ključanja vode nisu dobro definisane, Celzijusova skala je trenutno definisana u smislu Kelvinove skale: stepeni Celzijusa su jednaki Kelvinu, apsolutna nula se uzima kao -273,15 °C. Celzijusova skala je praktično vrlo zgodna, jer je voda vrlo česta na našoj planeti i na njoj se zasniva naš život. Nula Celzijusa je posebna tačka za meteorologiju, od smrzavanja atmosferske vode sve bitno menja.
Fahrenheit
U Engleskoj, a posebno u SAD, koristi se Farenhajtova skala. U ovoj skali, interval je podijeljen sa 100 stepeni od temperature hladna zima u gradu u kojem je Farenhajt živio, do temperature ljudsko tijelo. Nula stepeni Celzijusa je 32 stepena Farenhajta, a stepen celzijusa je 5/9 stepeni Celzijusa.
Trenutna definicija Farenhajtove skale je sljedeća: to je temperaturna skala, čiji je 1 stepen (1 °F) jednak 1/180 razlike između tačke ključanja vode i topljenja leda pri atmosferskom pritisku, a tačka topljenja leda je +32 °F. Temperatura na Farenhajtovoj skali povezana je sa temperaturom na Celzijusovoj skali (t°C) omjerom t°C = 5/9 (t°F - 32), 1°F = 5/9°C. Predložio G. Fahrenheit 1724. godine.
Reaumur skala
Predložio ga je 1730. R. A. Reaumur, koji je opisao alkoholni termometar koji je izumio.
Jedinica - stepen Réaumur (°R), 1 °R je jednako 1/80 temperaturnog intervala između referentnih tačaka - temperature topljenja leda (0 °R) i kipuće vode (80 °R)
1°R = 1,25°C.
Trenutno je vaga neupotrebljiva, najduže se očuvala u Francuskoj, u domovini autora.
Poređenje temperaturnih skala
| Opis | Kelvine | Celzijus | Farenhajt | newton | Réaumur |
| Apsolutna nula | −273.15 | −459.67 | −90.14 | −218.52 | |
| Tačka topljenja Fahrenheit mješavine (sol i led u jednakim količinama) | 0 | −5.87 | |||
| Tačka smrzavanja vode (normalni uslovi) | 0 | 32 | 0 | ||
| Prosječna temperatura ljudskog tijela¹ | 36.8 | 98.2 | 12.21 | ||
| Tačka ključanja vode (normalni uslovi) | 100 | 212 | 33 | ||
| Temperatura površine sunca | 5800 | 5526 | 9980 | 1823 |
Normalna temperatura ljudskog tela je 36,6 °C ±0,7 °C, ili 98,2 °F ±1,3 °F. Uobičajena vrijednost od 98,6 °F je tačna konverzija Fahrenheita njemačke vrijednosti od 37 °C iz 19. stoljeća. Budući da je ova vrijednost izvan normalnog temperaturnog raspona za moderne ideje, možemo reći da sadrži preveliku (netačnu) preciznost. Neke vrijednosti u ovoj tabeli su zaokružene.
Poređenje Farenhajtovih i Celzijusovih skala
(oF- Farenhajtova skala, o C- Celzijeva skala)
| oF | oC | oF | oC | oF | oC | oF | oC | |||
| -459.67 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -190 -180 -170 -160 -150 -140 -130 -120 -110 -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 -65 | -273.15 -267.8 -240.0 -212.2 -184.4 -156.7 -128.9 -123.3 -117.8 -112.2 -106.7 -101.1 -95.6 -90.0 -84.4 -78.9 -73.3 -70.6 -67.8 -65.0 -62.2 -59.4 -56.7 -53.9 | -60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 | -51.1 -48.3 -45.6 -42.8 -40.0 -37.2 -34.4 -31.7 -28.9 -28.3 -27.8 -27.2 -26.7 -26.1 -25.6 -25.0 -24.4 -23.9 -23.3 -22.8 -22.2 -21.7 -21.1 -20.6 | -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 | -20.0 -19.4 -18.9 -18.3 -17.8 -17.2 -16.7 -16.1 -15.6 -15.0 -14.4 -13.9 -13.3 -12.8 -12.2 -11.7 -11.1 -10.6 -10.0 -9.4 -8.9 -8.3 -7.8 -7.2 | 20 21 22 23 24 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 125 150 200 | -6.7 -6.1 -5.6 -5.0 -4.4 -3.9 -1.1 1.7 4.4 7.2 10.0 12.8 15.6 18.3 21.1 23.9 26.7 29.4 32.2 35.0 37.8 51.7 65.6 93.3 |
Da biste stepene Celzijusa pretvorili u kelvine, koristite formulu T=t+T0 gdje je T temperatura u kelvinima, t je temperatura u stepenima Celzijusa, T 0 =273,15 kelvina. Stepen Celzijusa jednak je po veličini kelvinu.
Apsolutna nulta temperatura
Apsolutna nulta temperatura(manje često apsolutna nula temperatura) je minimalna temperaturna granica koju fizičko tijelo u Univerzumu može imati. Apsolutna nula je početna tačka za apsolutno temperaturna skala, kao što je Kelvinova skala. 1954. godine, X Generalna konferencija za utege i mjere uspostavila je termodinamičku temperaturnu skalu sa jednom referentnom tačkom - trostrukom tačkom vode, čija se temperatura uzima kao 273,16 K (tačno), što odgovara 0,01 °C, tako da na Celzijusovoj skali apsolutna nula odgovara temperaturi od -273,15 °C.
Fenomeni uočeni blizu apsolutne nule
Na temperaturama blizu apsolutne nule, čisto kvantni efekti se mogu posmatrati na makroskopskom nivou, kao što su:
Bilješke
Književnost
- G. Burmin. Oluja apsolutne nule. - M.: "Dječja književnost", 1983
vidi takođe
Wikimedia fondacija. 2010 .
- Goering
- Kshapanaka
Pogledajte šta je "Apsolutna nulta temperatura" u drugim rječnicima:
APSOLUTNA NULA TEMPERATURA- termodinamička referentna tačka. temp ry; nalazi se 273,16 K ispod temperature trostruke tačke (0,01 °C) vode (273,15 °C ispod nulte temperature na Celzijusovoj skali, (vidi TEMPERATURNE SKALE). Postojanje termodinamičke temperaturne skale i A. n. t.… … Physical Encyclopedia
apsolutna nula temperatura- početak očitavanja apsolutne temperature na termodinamičkoj temperaturnoj skali. Apsolutna nula je 273,16ºC ispod temperature trostruke tačke vode, za koju se pretpostavlja da je 0,01ºC. Apsolutna nulta temperatura je u osnovi nedostižna ... ... enciklopedijski rječnik
apsolutna nula temperatura- absoliutusis nulis statusas T sritis Energetika apibrėžtis Termodinaminės temperatūros atskaitos pradžia, esanti 273,16 K žemiau trigubojo vandens taško. Pagal trečiąjį termodinamikos dėsnį, absoliutusis nulis nepasiekiamas. atitikmenys: engl.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
Apsolutna nulta temperatura- početno očitanje na Kelvinovoj skali, na Celzijusovoj skali, je negativna temperatura od 273,16 stepeni... Počeci moderne prirodne nauke
APSOLUTNA NULA- temperatura, referentna tačka temperature prema termodinamičkoj temperaturnoj skali. Apsolutna nula nalazi se 273,16°C ispod temperature trostruke tačke vode (0,01°C). Apsolutna nula je suštinski nedostižna, temperature su praktično dostignute, ... ... Moderna enciklopedija
APSOLUTNA NULA- referentna temperatura na termodinamičkoj temperaturnoj skali. Apsolutna nula nalazi se 273.16.C ispod temperature trostruke tačke vode, za koju je prihvaćena vrijednost od 0.01.C. Apsolutna nula je u osnovi nedostižna (vidi ... ... Veliki enciklopedijski rječnik
APSOLUTNA NULA- temperatura, koja izražava odsustvo toplote, je 218 °C. Rečnik strane reči uključeno u ruski jezik. Pavlenkov F., 1907. temperatura apsolutne nule (fizička) - najniža moguća temperatura(273,15°C). Big Dictionary… … Rečnik stranih reči ruskog jezika
APSOLUTNA NULA- temperatura, referentna tačka temperature prema termodinamičkoj temperaturnoj skali (vidi SKALU TERMODINAMIČKE TEMPERATURE). Apsolutna nula nalazi se 273,16 ° C ispod temperature trostruke tačke (vidi TROJNA TAČKA) vode, za koju ... ... enciklopedijski rječnik
APSOLUTNA NULA- najniža temperatura na kojoj prestaje termičko kretanje molekula. Pritisak i zapremina idealnog gasa, prema Boyle Mariotteovom zakonu, postaju jednaki nuli, a referentna tačka za apsolutnu temperaturu na Kelvinskoj skali se uzima ... ... Ekološki rječnik
APSOLUTNA NULA- referentna tačka apsolutne temperature. Odgovara 273,16 °C. Trenutno, u fizičkim laboratorijama, bilo je moguće dobiti temperaturu koja prelazi apsolutnu nulu za samo nekoliko milionitih delova stepena, ali da se to postigne, prema zakonima ... ... Collier Encyclopedia
Kada vremenska prognoza predviđa temperature oko nule, ne biste trebali ići na klizalište: led će se otopiti. Temperatura topljenja leda uzima se kao nula stepeni Celzijusa - najčešća temperaturna skala.
Svesni smo negativnih stepeni Celzijusove skale - stepeni<ниже
нуля>, stepeni hladnoće. Najniža temperatura na Zemlji zabilježena je na Antarktiku: -88,3°C. Izvan Zemlje moguće su još niže temperature: na površini Mjeseca u lunarnu ponoć može dostići -160°C.
Ali nigdje ne može biti proizvoljno niskih temperatura. Ekstremno niska temperatura - apsolutna nula - na Celzijusovoj skali odgovara - 273,16 °.
Apsolutna temperaturna skala, Kelvinova skala, potiče od apsolutne nule. Led se topi na 273,16° Kelvina, a voda ključa na 373,16° K. Dakle, stepen K je jednak stepenu C. Ali na Kelvinovoj skali, sve temperature su pozitivne.
Zašto je 0°K granica hladnoće?
Toplina je haotično kretanje atoma i molekula materije. Kada se supstanca ohladi, ona se oduzima toplotnu energiju, a u isto vrijeme, nasumično kretanje čestica slabi. Na kraju, uz jako hlađenje, termalno<пляска>čestice se gotovo potpuno zaustavljaju. Atomi i molekuli bi se potpuno zamrznuli na temperaturi koja se uzima kao apsolutna nula. Prema principima kvantne mehanike, na apsolutnoj nuli, upravo bi toplotno kretanje čestica stalo, ali se same čestice ne bi smrzle, jer ne mogu biti potpuno mirne. Dakle, na apsolutnoj nuli, čestice i dalje moraju zadržati neku vrstu kretanja, koje se naziva nula.
Međutim, ohladiti supstancu na temperaturu ispod apsolutne nule ideja je jednako besmislena kao, recimo, namjera<идти медленнее, чем стоять на месте>.
Štaviše, čak i dostizanje tačne apsolutne nule je takođe gotovo nemoguće. Možete mu se samo približiti. Jer apsolutno sva njena toplotna energija ne može se ni na koji način oduzeti od supstance. Deo toplotne energije ostaje tokom najdubljeg hlađenja.
Kako dostižu ultra niske temperature?
Zamrzavanje tvari je teže nego zagrijavanje. To se može vidjeti barem iz poređenja dizajna štednjaka i hladnjaka.
U većini kućnih i industrijskih hladnjaka toplina se uklanja isparavanjem posebne tekućine - freona, koja cirkulira kroz metalne cijevi. Tajna je u tome što freon može ostati u tekućem stanju samo na dovoljno niskoj temperaturi. U rashladnoj komori se zbog topline komore zagrijava i ključa, pretvarajući se u paru. Ali para se komprimira u kompresoru, ukapljuje i ulazi u isparivač, nadoknađujući gubitak freona koji isparava. Energija se koristi za pokretanje kompresora.
U uređajima za duboko hlađenje, nosač hladnoće je superhladna tečnost - tečni helijum. Bezbojan, lagan (8 puta lakši od vode), ključa ispod atmosferski pritisak na 4,2°K, iu vakuumu na 0,7°K. Još nižu temperaturu daje lagani izotop helijuma: 0,3°K.
Prilično je teško urediti trajni helijumski frižider. Istraživanje se provodi jednostavno u kupkama s tečnim helijumom. A za ukapljivanje ovog gasa, fizičari koriste različite tehnike. Na primjer, prethodno ohlađeni i komprimirani helij se širi ispuštanjem kroz tanku rupu u vakuumsku komoru. Istovremeno, temperatura se i dalje smanjuje i dio plina se pretvara u tekućinu. Efikasnije je ne samo proširiti ohlađeni plin, već i učiniti ga da radi - pomjeriti klip.
Dobijeni tečni helijum pohranjuje se u posebne termoze - Dewarove posude. Cijena ove najhladnije tekućine (jedine koja se ne smrzava na apsolutnoj nuli) je prilično visoka. Ipak, tečni helijum se sada sve više koristi, ne samo u nauci, već iu raznim tehničkim uređajima.
Najniže temperature su postignute na drugačiji način. Ispostavilo se da molekuli nekih soli, kao što je kalijum krom alum, mogu rotirati duž magnetnih linija sile. Ova so se prethodno hladi tečnim helijumom do 1°K i stavlja u jako magnetno polje. U tom slučaju molekuli rotiraju duž linija sile, a oslobođenu toplinu oduzima tekući helijum. Tada se magnetsko polje naglo uklanja, molekuli se ponovo okreću različite strane, i potrošeno
ovaj rad dovodi do daljeg hlađenja soli. Tako je dobijena temperatura od 0,001° K. Sličnom metodom u principu, upotrebom drugih supstanci, može se dobiti još niža temperatura.
Najniža temperatura do sada na Zemlji je 0,00001°K.
Supstanca smrznuta na ultraniskim temperaturama u kupkama sa tečnim helijumom se primetno menja. Guma postaje lomljiva, olovo postaje tvrdo kao čelik i elastično, mnoge legure povećavaju snagu.
Sam tečni helijum se ponaša na neobičan način. Na temperaturama ispod 2,2 °K, poprima svojstvo bez presedana za obične tekućine - superfluidnost: dio potpuno gubi viskozitet i teče bez ikakvog trenja kroz najuže proreze.
Ovaj fenomen, otkrio je 1937. sovjetski fizičar akademik P. JI. Kapitsa, objasnio je tada akademik JI. D. Landau.
Ispostavilo se da na ultraniskim temperaturama kvantni zakoni ponašanja materije počinju primjetno utjecati. Kao što jedan od ovih zakona nalaže, energija se može prenositi od tijela do tijela samo u sasvim određenim dijelovima – kvantima. U tekućem helijumu ima toliko malo kvanta toplote da ih nema dovoljno za sve atome. Dio tečnosti, lišen kvanta toplote, ostaje na temperaturi apsolutne nule, njeni atomi uopšte ne učestvuju u nasumičnom toplotnom kretanju i ni na koji način ne stupaju u interakciju sa zidovima posude. Ovaj dio (zvao se helijum-H) posjeduje superfluidnost. Sa smanjenjem temperature, helijum-II postaje sve više i više, a na apsolutnoj nuli, sav helijum bi se pretvorio u helijum-H.
Superfluidnost je sada detaljno proučavana i čak je pronađena kao korisna praktična upotreba: uz njegovu pomoć moguće je odvojiti izotope helijuma.
Blizu apsolutne nule, dešavaju se izuzetno neobične promjene u električnim svojstvima određenih materijala.
Godine 1911., holandski fizičar Kamerling-Onnes došao je do neočekivanog otkrića: pokazalo se da na temperaturi od 4,12 °K živa potpuno nestaje električni otpor. Merkur postaje superprovodnik. Električna struja inducirana u supravodljivom prstenu se ne raspada i može teći gotovo zauvijek.
Iznad takvog prstena, supravodljiva lopta će lebdjeti u zraku i neće pasti, kao iz bajke.<гроб Магомета>, jer je njegova težina nadoknađena magnetnim odbijanjem između prstena i lopte. Na kraju krajeva, neprigušena struja u prstenu će stvoriti magnetsko polje, a ona će zauzvrat inducirati električnu struju u kugli i, zajedno s njom, suprotno usmjereno magnetsko polje.
Pored žive, kalaj, olovo, cink i aluminijum imaju supravodljivost blizu apsolutne nule. Ovo svojstvo je pronađeno u 23 elementa i preko stotinu različitih legura i drugih hemijskih jedinjenja.
Temperature na kojima se pojavljuje supravodljivost (kritične temperature) su u prilično širokom rasponu, od 0,35°K (hafnij) do 18°K (legura niobijum-kalaj).
Fenomen supravodljivosti, kao i super-
fluidnost, detaljno proučavana. Pronađene zavisnosti kritične temperature od unutrašnja struktura materijala i eksternih magnetsko polje. Razvijena je duboka teorija supravodljivosti (važan doprinos dao je sovjetski naučnik akademik N. N. Bogoljubov).
Suština ovog paradoksalnog fenomena je opet čisto kvantna. Na ultraniskim temperaturama ulaze elektroni
superprovodnici formiraju sistem parno povezanih čestica koje ne mogu dati energiju kristalnoj rešetki, troše kvante energije da je zagreju. Parovi elektrona se kreću kao<танцуя>, između<прутьями решетки>- jone i zaobići ih bez sudara i prijenosa energije.
Superprovodljivost se sve više koristi u tehnologiji.
Na primjer, u praksu dolaze supravodljivi solenoidi - supravodični zavojnice uronjene u tekući helijum. Jednom indukovana struja i, posljedično, magnetsko polje mogu se pohraniti u njima proizvoljno dugo vremena. Može dostići gigantsku vrijednost - preko 100.000 oersteda. U budućnosti će se nesumnjivo pojaviti moćni industrijski supravodljivi uređaji - elektromotori, elektromagneti itd.
U radioelektronici značajnu ulogu počinju da igraju ultraosjetljiva pojačala i generatori elektromagnetnih valova, koji posebno dobro funkcioniraju u kupkama s tekućim helijumom - tu je unutrašnja<шумы>oprema. U tehnologiji elektroničkog računanja obećava se svijetla budućnost supravodljivih prekidača male snage - kriotrona (vidi čl.<Пути электроники>).
Nije teško zamisliti koliko bi bilo primamljivo unaprijediti rad ovakvih uređaja na više, pristupačnije temperature. AT novije vrijeme otvara nadu u stvaranje polimernih filmskih supravodiča. Posebna priroda električne provodljivosti u takvim materijalima obećava sjajnu priliku za održavanje supravodljivosti čak i na sobnim temperaturama. Naučnici uporno traže načine da ostvare ovu nadu.
A sada pogledajmo u carstvo najtoplijeg na svijetu - u utrobu zvijezda. Gde temperature dostižu milione stepeni.
Haotično termalno kretanje u zvijezdama je toliko intenzivno da cijeli atomi ne mogu postojati tamo: oni se uništavaju u bezbrojnim sudarima.
Stoga, tako jako zagrijana supstanca ne može biti ni čvrsta, ni tečna ni gasovita. Nalazi se u stanju plazme, odnosno mješavine električno nabijenih<осколков>atomi - atomska jezgra i elektroni.
Plazma je vrsta agregatnog stanja. Budući da su njegove čestice električno nabijene, osjetljivo se pokoravaju električnim i magnetskim silama. Stoga je bliska blizina dva atomska jezgra (one nose pozitivan naboj) rijedak fenomen. Samo kada visoke gustine i velike temperature koje se sudaraju jedna s drugom atomska jezgra u stanju da se približi. Tada se odvijaju termonuklearne reakcije - izvor energije za zvijezde.
Nama najbliža zvijezda - Sunce sastoji se uglavnom od vodonične plazme, koja se u utrobi zvijezde zagrijava do 10 miliona stepeni. U takvim uslovima, bliski susreti brzih jezgara vodonika - protona, ipak se dešavaju. Ponekad protoni koji se približavaju stupaju u interakciju: nakon što su savladali električnu odbojnost, brzo padaju u moć džinovskih nuklearnih sila privlačenja.<падают>jedni druge i spajaju. Ovdje se događa trenutno preuređenje: umjesto dva protona pojavljuju se deuteron (jezgro teškog izotopa vodika), pozitron i neutrino. Oslobođena energija je 0,46 miliona elektron volti (Mev).
Svaki pojedinačni solarni proton može ući u takvu reakciju u prosjeku jednom u 14 milijardi godina. Ali ima toliko protona u utrobi svjetiljke da se tu i tamo dogodi neki nevjerovatni događaj - i naša zvijezda gori svojim ravnomjernim, blistavim plamenom.
Sinteza deuterona samo je prvi korak u solarnim termonuklearnim transformacijama. Novorođeni deuteron vrlo brzo (u prosjeku nakon 5,7 sekundi) kombinuje se sa još jednim protonom. Postoji jezgro od laganog helijuma i gama kvanta elektromagnetnog zračenja. Oslobađa se 5,48 MeV energije.
Konačno, u prosjeku, jednom svakih milion godina, dva jezgra lakog helijuma mogu se konvergirati i spojiti. Tada se formira obično jezgro helijuma (alfa čestica) i dva protona se odvajaju. Oslobađa se 12,85 MeV energije.
Ovo trostepeno<конвейер>termonuklearne reakcije nije jedina. Postoji još jedan lanac nuklearnih transformacija, onih bržih. Atomska jezgra ugljika i dušika učestvuju u tome (a da se ne troše). Ali u oba slučaja, alfa čestice se sintetiziraju iz jezgri vodika. Slikovito rečeno, solarna vodikova plazma<сгорает>, pretvarajući se u<золу>- helijum plazma. A u procesu sinteze svakog grama helijum plazme oslobađa se 175 hiljada kWh energije. Odlična količina!
Svake sekunde Sunce zrači 4.1033 erga energije, gubeći 4.1012 g (4 miliona tona) materije na težini. Ali puna masa Sunce 2 1027 m. Dakle, za milion godina, zbog zračenja Sunca<худеет>samo jedan desetmilioni deo njegove mase. Ove brojke elokventno ilustruju efikasnost termonuklearnih reakcija i gigantsku kalorijsku vrijednost sunčeve energije.<горючего>- vodonik.
Čini se da je fuzija glavni izvor energija svih zvezda. At različite temperature i gustoće unutrašnjosti zvijezda, sprovode se različite vrste reakcija. Konkretno, solarna<зола>- jezgra helijuma - na 100 miliona stepeni i sama postaje termonuklearna<горючим>. Tada se iz alfa čestica mogu sintetizirati još teže atomske jezgre - ugljik, pa čak i kisik.
Prema mnogim naučnicima, cijela naša Metagalaksija u cjelini je također plod termonuklearne fuzije, koja se odvijala na temperaturi od milijardu stepeni (vidi čl.<Вселенная вчера, сегодня и завтра>).
Izvanredan kalorijski sadržaj termonukleara<горючего>podstakao je naučnike da traže umjetnu implementaciju reakcija nuklearne fuzije.
<Горючего>Na našoj planeti postoji mnogo izotopa vodonika. Na primjer, superteški vodik tricij može se dobiti iz metalnog litija u nuklearnim reaktorima. A teški vodonik - deuterijum je deo teške vode, iz koje se može dobiti obična voda.
Teški vodonik ekstrahovan iz dve čaše obične vode obezbedio bi onoliko energije u fuzijskom reaktoru koliko sada daje sagorevanje bureta vrhunskog benzina.
Poteškoća je u predgrijavanju<горючее>do temperatura na kojima se može zapaliti snažnom termonuklearnom vatrom.
Ovaj problem je prvi put riješen hidrogenskom bombom. Izotopi vodonika tamo se zapaljuju eksplozijom atomska bomba, što je praćeno zagrijavanjem tvari na više desetina miliona stupnjeva. U jednoj verziji hidrogenske bombe, termonuklearno gorivo je hemijsko jedinjenje teški vodonik sa lakim litijumom - deuterid lakih l i t i i. Ovaj bijeli prah, sličan kuhinjskoj soli,<воспламеняясь>od<спички>, koja je atomska bomba, momentalno eksplodira i stvara temperaturu od stotine miliona stepeni.
Da bi se pokrenula mirna termonuklearna reakcija, prije svega se mora naučiti kako, bez upotrebe atomske bombe, zagrijati male doze dovoljno guste plazme vodonikovih izotopa na temperature od stotina miliona stupnjeva. Ovaj problem je jedan od najtežih u modernoj primijenjenoj fizici. Naučnici iz cijelog svijeta na tome rade dugi niz godina.
Već smo rekli da je haotično kretanje čestica ono što stvara zagrijavanje tijela, a prosječna energija njihovog nasumičnog kretanja odgovara temperaturi. Zagrijati hladno tijelo znači stvoriti ovaj poremećaj na bilo koji način.
Zamislite da dvije grupe trkača brzo jure jedna prema drugoj. Tako su se sudarili, pomiješali, nastala je gužva, zbrka. Odličan nered!
Otprilike na isti način, fizičari su isprva pokušali dobiti visoku temperaturu - guranjem gasnih mlaznica visokog pritiska. Gas je zagrejan do 10 hiljada stepeni. Nekada je to bio rekord: temperatura je viša nego na površini Sunca.
Ali ovom metodom je nemoguće dalje, prilično sporo, neeksplozivno zagrijavanje plina, jer se termički poremećaj trenutno širi u svim smjerovima, zagrijavajući zidove eksperimentalne komore i okolinu. Nastala toplota brzo napušta sistem i nemoguće ga je izolovati.
Ako se mlaznice gasa zamijene strujanjima plazme, problem toplinske izolacije ostaje vrlo težak, ali postoji i nada za njegovo rješenje.
Istina, plazma se ne može zaštititi od gubitka topline posudama napravljenim čak ni od najvatrostalnije tvari. U kontaktu sa čvrstim zidovima, vruća plazma se odmah hladi. S druge strane, može se pokušati zadržati i zagrijati plazmu stvaranjem njene akumulacije u vakuumu tako da ne dodiruje zidove komore, već visi u praznini, a da ništa ne dodiruje. Ovdje treba iskoristiti činjenicu da čestice plazme nisu neutralne, kao atomi plina, već električno nabijene. Stoga su u kretanju podložni dejstvu magnetnih sila. Nastaje problem: urediti magnetno polje posebne konfiguracije u kojem bi vrela plazma visila kao u vrećici s nevidljivim zidovima.
Najjednostavnija vrsta takvo polje se stvara automatski kada se jaki impulsi prođu kroz plazmu električna struja. U ovom slučaju, oko plazma filamenta se induciraju magnetne sile, koje teže komprimiranju filamenta. Plazma se odvaja od zidova cijevi za pražnjenje, a temperatura raste na 2 miliona stepeni blizu ose filamenta u naletu čestica.
Kod nas su ovakvi eksperimenti izvedeni još 1950. godine pod rukovodstvom akademika JI. A. Artsimovich i M.A. Leontovich.
Drugi pravac eksperimenata je upotreba magnetne boce, koju je 1952. predložio sovjetski fizičar G. I. Budker, sada akademik. Magnetna boca je smještena u korktron - cilindričnu vakuumsku komoru opremljenu vanjskim namotom, koji se zgušnjava na krajevima komore. Struja koja teče kroz namotaj stvara magnetsko polje u komori. Njegove linije sile u srednjem delu su paralelne sa generatrisama cilindra, a na krajevima su stisnute i formiraju magnetne čepove. Čestice plazme ubrizgane u magnetnu bocu savijaju se oko linija sile i reflektuju se od čepova. Kao rezultat toga, plazma se neko vrijeme zadržava unutar boce. Ako je energija čestica plazme unesenih u bocu dovoljno visoka i ima ih dovoljno, one ulaze u složene interakcije sila, njihovo prvobitno uređeno kretanje se zapliće, postaje neuređeno - temperatura jezgri vodika raste na desetine miliona stepeni. .
Dodatno grijanje se postiže elektromagnetnim<ударами>plazmom, kompresijom magnetnog polja, itd. Sada se plazma teških jezgara vodonika zagreva na stotine miliona stepeni. Istina, to se može učiniti bilo na kratko vrijeme, ili pri niskoj gustini plazme.
Da bi se potaknula samoodrživa reakcija, potrebno je dodatno povećati temperaturu i gustinu plazme. To je teško postići. Međutim, problem je, kako su naučnici uvjereni, nepobitno rješiv.
G.B. Anfilov
Objavljivanje fotografija i citiranje članaka sa našeg sajta na drugim resursima je dozvoljeno pod uslovom da je naveden link do izvora i fotografija.
Svako fizičko tijelo, uključujući sve objekte u svemiru, ima minimalni rezultat temperatura ili njena granica. Za referentnu tačku bilo koje temperaturne skale, uobičajeno je uzeti u obzir vrijednost apsolutne nulte temperature. Ali to je samo u teoriji. Haotično kretanje atoma i molekula, koji u ovom trenutku daju energiju, još uvijek nije zaustavljeno u praksi.
To je glavni razlog zašto se apsolutna nula temperatura ne može postići. Još uvijek postoje sporovi o posljedicama ovog procesa. Sa stajališta termodinamike, ova granica je nedostižna, jer se termičko kretanje atoma i molekula potpuno zaustavlja i formira se kristalna rešetka.
Predstavnici kvantna fizika obezbijediti prisustvo minimalnih nultih fluktuacija na temperaturama apsolutne nule.
Koja je vrijednost apsolutne nulte temperature i zašto se ona ne može postići
Na Generalnoj konferenciji za utege i mjere po prvi put je uspostavljena referentna ili referentna tačka za mjerne instrumente koji određuju temperaturne indikatore.
Trenutno, u Međunarodnom sistemu jedinica, referentna tačka za Celzijusovu skalu je 0 °C pri smrzavanju i 100 °C tokom procesa ključanja, vrijednost apsolutne nulte temperature je jednaka -273,15 °C.
Korištenje temperaturnih vrijednosti na Kelvinovoj skali za isto Međunarodni sistem jedinica, ključanje vode će se pojaviti na referentnoj vrijednosti od 99,975 °C, apsolutna nula je jednaka 0. Farenhajt na skali odgovara -459,67 stepeni.
Ali, ako se ovi podaci dobiju, zašto je onda nemoguće postići apsolutnu nultu temperaturu u praksi. Za poređenje, možemo uzeti svima poznatu brzinu svjetlosti, koja je jednaka konstantnoj fizičkoj vrijednosti od 1.079.252.848,8 km/h.
Međutim, ova vrijednost se ne može postići u praksi. Zavisi od talasne dužine transmisije, od uslova i od potrebne apsorpcije veliki broj energija čestica. Da bi se dobila vrijednost apsolutne nulte temperature, potreban je veliki povrat energije i odsustvo njenih izvora koji bi spriječili ulazak u atome i molekule.
Ali čak i u uslovima potpunog vakuuma, naučnici nisu dobili ni brzinu svetlosti ni apsolutnu nulu temperature.
Zašto je moguće postići približne nulte temperature, ali ne i apsolutne
Šta će se dogoditi kada se nauka približi postizanju konačnog niska stopa temperature apsolutne nule, zasad ostaje samo u teoriji termodinamike i kvantne fizike. Koji je razlog zašto je u praksi nemoguće postići apsolutnu nulu.
Sve zapaženih pokušaja hladiti supstancu do najniže granice zbog maksimalnog gubitka energije dovelo je do toga da je i vrijednost toplotnog kapaciteta tvari dostigla minimalnu vrijednost. Molekuli jednostavno nisu bili u stanju da daju ostatak energije. Kao rezultat toga, proces hlađenja je zaustavljen prije nego što je dostigao apsolutnu nulu.
Proučavajući ponašanje metala u uvjetima blizu vrijednosti apsolutne nulte temperature, naučnici su otkrili da bi maksimalno smanjenje temperature trebalo izazvati gubitak otpora.
Ali prestanak kretanja atoma i molekula doveo je samo do formiranja kristalne rešetke, kroz koju su prolazni elektroni prenosili dio svoje energije na nepokretne atome. Ponovo nije uspeo da dostigne apsolutnu nulu.
Godine 2003. od apsolutne nule nedostajalo je samo pola milijarde od 1°C. NASA-ini istraživači su koristili molekul Na za izvođenje eksperimenata, koji je uvijek bio u magnetnom polju i odavao svoju energiju.
Najbliže je bilo dostignuće naučnika sa Univerziteta Jejl, koji su 2014. godine postigli pokazatelj od 0,0025 Kelvina. Rezultirajuće jedinjenje stroncijum monofluorid (SrF) postojalo je samo 2,5 sekunde. I na kraju se ipak raspao na atome.
Apsolutna nulta temperatura
Granična temperatura pri kojoj zapremina idealnog gasa postaje nula uzima se kao apsolutna nula temperatura.
Nađimo vrijednost apsolutne nule na Celzijusovoj skali.
Izjednačavanje zapremine V u formuli (3.1) na nulu i uzimajući to u obzir
.
Stoga je apsolutna nula temperatura
t= -273 °S. 2
To je granična, najniža temperatura u prirodi, taj „najveći ili poslednji stepen hladnoće“, čije je postojanje predvideo Lomonosov.
Najviše temperature na Zemlji - stotine miliona stepeni - postignute su tokom eksplozija termonuklearnih bombi. Čak više visoke temperature karakteristika unutrašnje površine neke zvezde.
2More tačna vrijednost apsolutna nula: -273,15 °S.
Kelvinova skala
Uveo je engleski naučnik W. Kelvin apsolutnu skalu temperature. Nulta temperatura na Kelvinovoj skali odgovara apsolutnoj nuli, a jedinica temperature na ovoj skali jednaka je stepenima Celzijusa, tako da je apsolutna temperatura T se formulom odnosi na temperaturu na Celzijusovoj skali
T = t + 273. (3.2)
Na sl. 3.2 prikazuje apsolutnu skalu i Celzijusovu skalu za poređenje.
SI jedinica apsolutne temperature naziva se kelvin(skraćeno kao K). Dakle, jedan stepen Celzijusa jednak je jednom stepenu Kelvina:
Dakle, apsolutna temperatura, prema definiciji datoj formulom (3.2), je derivirana veličina koja zavisi od temperature Celzijusa i od eksperimentalno utvrđene vrijednosti a.
Čitalac: Koje je fizičko značenje apsolutne temperature?
Zapisujemo izraz (3.1) u obliku
.
S obzirom da je temperatura na Kelvinovoj skali povezana sa temperaturom na Celzijusovoj skali omjerom T = t + 273, dobijamo
gdje T 0 = 273 K, ili
Pošto ova relacija vrijedi za proizvoljnu temperaturu T, tada se Gay-Lussacov zakon može formulirati na sljedeći način:
Za datu masu gasa pri p = const, relacija
Zadatak 3.1. Na temperaturi T 1 = zapremina gasa 300 K V 1 = 5,0 l. Odredite zapreminu gasa pri istom pritisku i temperaturi T= 400 K.
STOP! Odlučite sami: A1, B6, C2.
Zadatak 3.2. Sa izobaričnim zagrijavanjem, volumen zraka se povećao za 1%. Za koliko procenata je porasla apsolutna temperatura?
= 0,01.
Odgovori: 1 %.
Zapamtite rezultirajuću formulu
STOP! Odlučite sami: A2, A3, B1, B5.
Charlesov zakon
Francuski naučnik Čarls eksperimentalno je otkrio da ako zagrejete gas tako da njegova zapremina ostane konstantna, tada će se pritisak gasa povećati. Zavisnost pritiska od temperature ima oblik:
R(t) = str 0 (1 + b t), (3.6)
gdje R(t) je pritisak na temperaturi t°C; R 0 – pritisak na 0 °S; b je temperaturni koeficijent pritiska, koji je isti za sve gasove: 1/K.
Čitalac: Iznenađujuće, temperaturni koeficijent pritiska b je tačno jednak temperaturnom koeficijentu zapreminskog širenja a!
Uzmimo određenu masu gasa sa zapreminom V 0 na temperaturi T 0 i pritisak R 0 . Po prvi put, održavajući pritisak plina konstantnim, zagrijavamo ga na temperaturu T jedan . Tada će gas imati zapreminu V 1 = V 0 (1 + a t) i pritisak R 0 .
Drugi put, održavajući volumen plina konstantnim, zagrijavamo ga na istu temperaturu T jedan . Tada će plin imati pritisak R 1 = R 0 (1 + b t) i jačinu zvuka V 0 .
Pošto je temperatura gasa ista u oba slučaja, važi Boyle-Mariotteov zakon:
str 0 V 1 = str 1 V 0 Þ R 0 V 0 (1 + a t) = R 0 (1 + b t)V 0 Þ
Þ 1 + a t = 1+b tÞ a = b.
Dakle, nema ništa iznenađujuće u činjenici da je a = b, ne!
Prepišimo Charlesov zakon u obliku
.
S obzirom na to T = t°S + 273 °S, T 0 \u003d 273 ° C, dobijamo
