Mutlak sıfır (mutlak sıfır) - mutlak sıcaklığın başlangıcı, raporun üçlü su noktasının (üç fazın denge noktası - buz, su ve su buharı) 273.16 K altından başlaması; mutlak sıfırda, moleküllerin hareketi durur ve "sıfır" hareket halindedirler. Veya: en çok düşük sıcaklık, maddenin termal enerji içermediği.
Tamamen sıfır Başlama mutlak sıcaklık okuması. -273.16 ° C'ye karşılık gelir. Şu anda, fiziksel laboratuvarlar bir derecenin yalnızca birkaç milyonda biri kadar mutlak sıfırı aşan bir sıcaklık elde etmeyi başardılar, ancak termodinamik yasalarına göre bunu elde etmek imkansız. Mutlak sıfırda, sistem mümkün olan en düşük enerjiye sahip bir durumda olacaktır (bu durumda atomlar ve moleküller "sıfır" titreşim yapacaktır) ve sıfır entropiye (sıfır) sahip olacaktır. düzensizlik). İdeal bir gazın mutlak sıfır noktasındaki hacmi sıfıra eşit olmalıdır ve bu noktayı belirlemek için gerçek bir helyum gazının hacmi şu anda ölçülür. tutarlı düşük basınçta (-268.9 ° C) sıvılaşana kadar sıcaklığı düşürür ve sıvılaşmanın yokluğunda gaz hacminin sıfıra gideceği sıcaklığa ekstrapolasyon yapar. Mutlak sıcaklık termodinamikÖlçek, K sembolü ile gösterilen kelvin cinsinden ölçülür. mutlak termodinamikölçek ve Celsius ölçeği basitçe birbirine göre kaydırılır ve K = °C + 273.16 ° ilişkisi ile ilişkilidir.
Hikaye
"Sıcaklık" kelimesi, insanların daha sıcak cisimlerin daha fazla miktarda özel madde içerdiğine inandığı bir zamanda ortaya çıktı - daha az ısıtılanlardan daha kalori. Bu nedenle sıcaklık, vücut maddesi ve kalori karışımının gücü olarak algılandı. Bu nedenle alkollü içeceklerin gücü ve sıcaklığı için ölçü birimlerine aynı derece denir.
Çünkü sıcaklık kinetik enerji moleküller, enerji birimlerinde (yani, joule cinsinden SI sisteminde) ölçmenin en doğal olduğu açıktır. Bununla birlikte, sıcaklık ölçümü moleküler kinetik teorinin yaratılmasından çok önce başladı, bu nedenle pratik ölçekler sıcaklığı geleneksel birimlerde - derecelerde ölçer.
Kelvin ölçeği
Termodinamikte, sıcaklığın mutlak sıfırdan (teorik olarak mümkün olan minimum değere karşılık gelen durum) ölçüldüğü Kelvin ölçeği kullanılır. içsel enerji cisim) ve bir kelvin, mutlak sıfırdan suyun üçlü noktasına (buz, su ve su buharının dengede olduğu durum) olan uzaklığın 1/273.16'sına eşittir. Kelvinleri enerji birimlerine dönüştürmek için Boltzmann sabiti kullanılır. Türetilmiş birimler de kullanılır: kilokelvin, megakelvin, millikelvin, vb.
Santigrat
Günlük hayatta suyun donma noktasının 0, suyun atmosfer basıncında kaynama noktasının 100 ° olarak alındığı Celsius ölçeği kullanılır. Suyun donma ve kaynama noktaları iyi tanımlanmadığından, Celsius ölçeği şu anda Kelvin ölçeğiyle tanımlanmaktadır: Celsius derecesi Kelvin'e eşittir, mutlak sıfır -273,15 °C olarak alınır. Santigrat ölçeği pratik olarak çok uygundur, çünkü su gezegenimizde çok yaygındır ve yaşamımız buna dayanmaktadır. Sıfır Santigrat, donma nedeniyle meteoroloji için özel bir noktadır. atmosferik su her şeyi önemli ölçüde değiştirir.
Fahrenhayt
İngiltere'de ve özellikle ABD'de Fahrenheit ölçeği kullanılmaktadır. Bu ölçekte, aralık, sıcaklığın 100 derecesine bölünür. soğuk kış Fahrenheit'in yaşadığı şehirde, bir sıcaklığa insan vücudu. Sıfır santigrat derece 32 derece Fahrenhayt ve bir derece Fahrenhayt 5/9 santigrat derecedir.
Fahrenheit ölçeğinin güncel tanımı şu şekildedir: 1 derece (1 °F), suyun kaynama noktası ile buzun atmosfer basıncında erimesi arasındaki farkın 1/180'ine eşit olan bir sıcaklık ölçeğidir, ve buzun erime noktası +32 °F'dir. Fahrenheit ölçeğindeki sıcaklık, Celsius ölçeğindeki (t ° C) sıcaklıkla t ° C = 5/9 (t ° F - 32), 1 ° F = 5/9 ° C oranıyla ilgilidir. 1724'te G. Fahrenheit tarafından önerildi.
Reaumur ölçeği
1730'da icat ettiği alkol termometresini tanımlayan R. A. Reaumur tarafından önerildi.
Birim - Réaumur derecesi (°R), 1 °R, referans noktaları arasındaki sıcaklık aralığının 1/80'ine eşittir - eriyen buzun sıcaklığı (0 °R) ve kaynar su (80 °R)
1°R = 1,25°C.
Şu anda, ölçek kullanımdan kaldırıldı; en uzun süre Fransa'da, yazarın anavatanında korunmuştur.
Sıcaklık ölçeklerinin karşılaştırılması
| Tanım | Kelvin | Santigrat | Fahrenhayt | Newton | Réaumur |
| Tamamen sıfır | −273.15 | −459.67 | −90.14 | −218.52 | |
| Fahrenheit karışımının erime noktası (eşit miktarlarda tuz ve buz) | 0 | −5.87 | |||
| Suyun donma noktası (normal koşullar) | 0 | 32 | 0 | ||
| Ortalama insan vücut sıcaklığı¹ | 36.8 | 98.2 | 12.21 | ||
| Suyun kaynama noktası (normal koşullar) | 100 | 212 | 33 | ||
| Güneş yüzey sıcaklığı | 5800 | 5526 | 9980 | 1823 |
Normal insan vücut sıcaklığı 36,6 °C ±0,7 °C veya 98.2 °F ±1.3 °F'dir. Yaygın olarak alıntılanan 98.6 °F değeri, 19. yüzyıl Alman değeri olan 37 °C'nin tam bir Fahrenheit dönüşümüdür. Bu değer normal sıcaklık aralığının dışında olduğu için modern fikirler, aşırı (yanlış) hassasiyet içerdiğini söyleyebiliriz. Bu tablodaki bazı değerler yuvarlanmıştır.
Fahrenheit ve Celsius ölçeklerinin karşılaştırılması
(nın-nin- Fahrenhayt ölçeği, o C- Santigrat ölçeği)
| ÖF | ÖC | ÖF | ÖC | ÖF | ÖC | ÖF | ÖC | |||
| -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 |
Santigrat derecesini kelvin'e dönüştürmek için formülü kullanın T=t+T0 burada T kelvin cinsinden sıcaklık, t Santigrat derece cinsinden sıcaklık, T 0 =273.15 kelvin. Bir santigrat derece, bir kelvin boyutuna eşittir.
Mutlak sıfır sıcaklık
Mutlak sıfır sıcaklık(daha az sıklıkta mutlak sıfır sıcaklık) Evrendeki bir fiziksel cismin sahip olabileceği minimum sıcaklık sınırıdır. Mutlak sıfır, mutlak için başlangıç noktasıdır. sıcaklık ölçeği, Kelvin ölçeği gibi. 1954'te, X Genel Ağırlıklar ve Ölçüler Konferansı, bir sabit nokta ile bir termodinamik sıcaklık ölçeği oluşturdu - sıcaklığı 273,16 K (tam olarak) alınan suyun üçlü noktası, bu da 0,01 ° C'ye karşılık gelir, böylece Celsius ölçeğinde tamamen sıfır-273,15 °C sıcaklığa karşılık gelir.
Mutlak sıfıra yakın gözlemlenen fenomenler
Mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda, makroskopik düzeyde saf kuantum etkileri gözlemlenebilir, örneğin:
Notlar
Edebiyat
- G. Burmin. Mutlak sıfır fırtınası. - M.: "Çocuk edebiyatı", 1983
Ayrıca bakınız
Wikimedia Vakfı. 2010 .
- Gören
- Kshapanaka
Diğer sözlüklerde "Mutlak Sıfır Sıcaklık" ın ne olduğunu görün:
MUTLAK SIFIR SICAKLIK- termodinamik referans noktası. sıcaklık ry; Suyun üçlü nokta sıcaklığının (0.01°C) 273.16 K altında yer alır (Santigrat skalasında sıfır sıcaklığın 273.15°C altında, (bkz. SICAKLIK ÖLÇEKLERİ) Termodinamik bir sıcaklık ölçeğinin varlığı ve A. n. t.… … Fiziksel Ansiklopedi
mutlak sıfır sıcaklık- termodinamik sıcaklık ölçeğinde mutlak sıcaklık okumasının başlangıcı. Mutlak sıfır, suyun 0.01ºC olduğu varsayılan üçlü nokta sıcaklığının 273.16ºC altındadır. Mutlak sıfır sıcaklığı temelde ulaşılamaz ... ... ansiklopedik sözlük
mutlak sıfır sıcaklık- mutlak geçerlilik durumu, T sritis Energetika apibrėžtis Termodinaminės temperatūros atskaitos pradžia, esanti 273.16 K žemiau trigubojo vandens taško. Pagal trečiąjį termodinamikos dėsnį, absoliutus nulis nepasiekiamas. atitikmenys: ingilizce.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
Mutlak sıfır sıcaklık- Kelvin ölçeğindeki, Celsius ölçeğindeki ilk okuma, 273.16 derecelik bir negatif sıcaklıktır ... Modern doğa biliminin başlangıçları
TAMAMEN SIFIR- termodinamik sıcaklık ölçeğine göre sıcaklık, sıcaklık referans noktası. Mutlak sıfır, suyun üçlü nokta sıcaklığının (0.01°C) 273.16°C altında bulunur. Mutlak sıfır temelde ulaşılamaz, sıcaklıklara pratik olarak ulaşıldı, ... ... Modern Ansiklopedi
TAMAMEN SIFIR- termodinamik sıcaklık ölçeğinde sıcaklık referans sıcaklığı. Mutlak sıfır, 0.01.C değeri kabul edilen suyun üçlü noktasının sıcaklığının 273.16.C altında bulunur. Mutlak sıfır temelde ulaşılamazdır (bkz. ... ... Büyük Ansiklopedik Sözlük
TAMAMEN SIFIR- ısının yokluğunu ifade eden sıcaklık 218 °C'dir. yabancı kelimeler Rus diline dahildir. Pavlenkov F., 1907. mutlak sıfır sıcaklık (fiziksel) - en düşük olası sıcaklık(273.15°C). Büyük Sözlük… … Rus dilinin yabancı kelimeler sözlüğü
TAMAMEN SIFIR- termodinamik sıcaklık ölçeğine göre sıcaklık, sıcaklık referans noktası (bkz. TERMODİNAMİK SICAKLIK ÖLÇÜ). Mutlak sıfır, suyun üçlü noktasının (bkz. ÜÇ NOKTA) sıcaklığının 273.16 ° C altında bulunur, bunun için ... ... ansiklopedik sözlük
TAMAMEN SIFIR- moleküllerin termal hareketinin durduğu en düşük sıcaklık. Boyle Mariotte yasasına göre ideal bir gazın basıncı ve hacmi sıfıra eşit olur ve Kelvin ölçeğinde mutlak sıcaklık için referans noktası alınır ... ... Ekolojik sözlük
TAMAMEN SIFIR- mutlak sıcaklık referans noktası. 273.16 ° C'ye karşılık gelir. Şu anda, fiziksel laboratuvarlarda, bir derecenin sadece birkaç milyonda biri kadar mutlak sıfırı aşan bir sıcaklık elde etmek mümkündü, ancak bunu elde etmek yasalara göre ... ... Collier Ansiklopedisi
Hava raporu sıcaklıkları sıfır civarında tahmin ettiğinde, buz pateni pistine gitmemelisiniz: buz erir. Buzun erime sıcaklığı, en yaygın sıcaklık ölçeği olan sıfır santigrat derece olarak alınır.
Santigrat ölçeğinin negatif derecelerinin farkındayız - dereceler<ниже
нуля>, derece soğuk. Dünya üzerindeki en düşük sıcaklık Antarktika'da kaydedildi: -88.3°C. Dünyanın dışında, daha da düşük sıcaklıklar mümkündür: Ay'ın yüzeyinde gece yarısı -160°C'ye ulaşabilir.
Ancak hiçbir yerde keyfi olarak düşük sıcaklıklar olamaz. Son derece düşük sıcaklık - mutlak sıfır - Celsius ölçeğinde - 273.16 ° 'ye karşılık gelir.
Mutlak sıcaklık ölçeği, Kelvin ölçeği, mutlak sıfırdan kaynaklanır. Buz 273.16° Kelvin'de erir ve su 373.16° K'da kaynar. Böylece, K derecesi C derecesine eşittir. Ancak Kelvin ölçeğinde tüm sıcaklıklar pozitiftir.
0°K neden soğuğun sınırıdır?
Isı, maddenin atomlarının ve moleküllerinin kaotik hareketidir. Bir madde soğutulduğunda, uzaklaşır. Termal enerji ve aynı zamanda parçacıkların rastgele hareketi zayıflar. Sonunda, güçlü soğutma ile termal<пляска>parçacıklar neredeyse tamamen durur. Atomlar ve moleküller, mutlak sıfır olarak alınan bir sıcaklıkta tamamen donardı. Kuantum mekaniğinin ilkelerine göre, mutlak sıfırda, duracak olan tam olarak parçacıkların termal hareketidir, ancak parçacıkların kendileri donmaz, çünkü tamamen durağan olamazlar. Bu nedenle, mutlak sıfırda, parçacıkların hala sıfır olarak adlandırılan bir tür hareketi sürdürmesi gerekir.
Bununla birlikte, bir maddeyi mutlak sıfırın altındaki bir sıcaklığa soğutmak, diyelim ki niyet kadar anlamsız bir fikirdir.<идти медленнее, чем стоять на месте>.
Üstelik tam mutlak sıfıra ulaşmak bile neredeyse imkansızdır. Sadece ona yaklaşabilirsin. Çünkü kesinlikle hiçbir şekilde bir maddeden ısı enerjisinin tamamı alınamaz. Termal enerjinin bir kısmı en derin soğutma sırasında kalır.
Ultra düşük sıcaklıklara nasıl ulaşırlar?
Bir maddeyi dondurmak, ısıtmaktan daha zordur. Bu, en azından soba ve buzdolabının tasarımının karşılaştırılmasından görülebilir.
Çoğu ev tipi ve endüstriyel buzdolaplarında, metal borularda dolaşan özel bir sıvı - freonun buharlaşması nedeniyle ısı çıkarılır. İşin sırrı, freonun sıvı halde ancak yeterince düşük bir sıcaklıkta kalabilmesidir. Soğutma odasında, odanın ısısı nedeniyle ısınır ve kaynar, buhara dönüşür. Ancak buhar kompresör tarafından sıkıştırılır, sıvılaştırılır ve buharlaştırıcıya girerek buharlaşan freon kaybını telafi eder. Kompresörü çalıştırmak için enerji kullanılır.
Derin soğutma cihazlarında soğuğun taşıyıcısı süper soğuk sıvı - sıvı helyumdur. Renksiz, hafif (sudan 8 kat daha hafif), altında kaynar. atmosferik basınç 4.2°K'da ve vakumda 0.7°K'de. Helyumun hafif izotopu daha da düşük bir sıcaklık verir: 0.3°K.
Kalıcı bir helyum buzdolabı düzenlemek oldukça zordur. Araştırma sadece sıvı helyum banyolarında yapılır. Ve bu gazı sıvılaştırmak için fizikçiler farklı teknikler kullanırlar. Örneğin, önceden soğutulmuş ve sıkıştırılmış helyum, ince bir delikten bir vakum odasına bırakılarak genleştirilir. Aynı zamanda, sıcaklık hala düşer ve gazın bir kısmı sıvıya dönüşür. Sadece soğutulan gazı genişletmek değil, aynı zamanda çalışmasını sağlamak - pistonu hareket ettirmek daha verimlidir.
Ortaya çıkan sıvı helyum, özel termoslarda - Dewar gemilerinde depolanır. Bu en soğuk sıvının (mutlak sıfırda donmayan tek sıvı) maliyeti oldukça yüksektir. Bununla birlikte, sıvı helyum artık sadece bilimde değil, aynı zamanda çeşitli teknik cihazlarda da giderek daha yaygın olarak kullanılmaktadır.
En düşük sıcaklıklar farklı bir şekilde elde edildi. Potasyum krom şap gibi bazı tuzların moleküllerinin manyetik kuvvet çizgileri boyunca dönebildiği ortaya çıktı. Bu tuz, önceden sıvı helyum ile 1°K'ye soğutulur ve güçlü bir manyetik alana yerleştirilir. Bu durumda moleküller kuvvet çizgileri boyunca dönerler ve açığa çıkan ısı sıvı helyum tarafından alınır. Sonra manyetik alan aniden kaldırılır, moleküller tekrar devreye girer. farklı taraflar, ve harcanan
bu çalışma tuzun daha da soğumasına yol açar. Böylece 0.001°K'lık bir sıcaklık elde edilmiştir.Prensipte benzer bir yöntemle, diğer maddeler kullanılarak daha da düşük bir sıcaklık elde edilebilir.
Şimdiye kadar Dünya'da elde edilen en düşük sıcaklık 0.00001°K'dir.
Sıvı helyum banyolarında çok düşük sıcaklıklara dondurulan madde gözle görülür şekilde değişir. Kauçuk kırılgan hale gelir, kurşun çelik kadar sertleşir ve esnek hale gelir, birçok alaşım gücü arttırır.
Sıvı helyumun kendisi tuhaf bir şekilde davranır. 2,2 °K'nin altındaki sıcaklıklarda, sıradan sıvılar için eşi görülmemiş bir özellik kazanır - aşırı akışkanlık: bir kısmı viskozitesini tamamen kaybeder ve en dar yarıklardan herhangi bir sürtünme olmadan akar.
1937'de Sovyet fizikçi Akademisyen P. JI tarafından keşfedilen bu fenomen. Kapitsa, daha sonra Akademisyen Jİ tarafından anlatıldı. D. Landau.
Çok düşük sıcaklıklarda, maddenin davranışının kuantum yasalarının gözle görülür şekilde etkilenmeye başladığı ortaya çıktı. Bu yasalardan birinin gerektirdiği gibi, enerji vücuttan vücuda ancak oldukça belirli kısımlarda-kuantada aktarılabilir. Sıvı helyumda o kadar az ısı kuantumu vardır ki, tüm atomlar için yeterli değildir. Sıvının ısı kuantasından yoksun bir kısmı mutlak sıfır sıcaklığında kalır, atomları rastgele termal harekete hiç katılmaz ve hiçbir şekilde kap duvarları ile etkileşime girmez. Bu kısım (helyum-H olarak adlandırıldı) aşırı akışkanlığa sahiptir. Sıcaklık azaldıkça helyum-II giderek daha fazla olur ve mutlak sıfırda tüm helyum helyum-H'ye dönüşür.
Süperakışkanlık şimdi çok ayrıntılı olarak incelendi ve hatta yararlı bir sonuç buldu. pratik kullanım: onun yardımıyla helyum izotoplarını ayırmak mümkündür.
Mutlak sıfıra yakın, belirli malzemelerin elektriksel özelliklerinde son derece ilginç değişiklikler meydana gelir.
1911'de Hollandalı fizikçi Kamerling-Onnes beklenmedik bir keşif yaptı: 4.12 ° K sıcaklıkta cıvanın tamamen kaybolduğu ortaya çıktı. elektrik direnci. Merkür süper iletken olur. Süper iletken halkada indüklenen elektrik akımı bozulmaz ve neredeyse sonsuza kadar akabilir.
Böyle bir halkanın üzerinde, süper iletken bir top havada yüzecek ve bir peri masalından düşmüş gibi düşmeyecektir.<гроб Магомета>, çünkü ağırlığı, halka ve top arasındaki manyetik itme ile dengelenir. Sonuçta, halkadaki sönümsüz akım bir manyetik alan yaratacak ve bu da bilyede bir elektrik akımı ve onunla birlikte zıt yönlü bir manyetik alan oluşturacaktır.
Cıvaya ek olarak, kalay, kurşun, çinko ve alüminyum mutlak sıfıra yakın süper iletkenliğe sahiptir. Bu özellik 23 elementte ve yüzden fazla farklı alaşımda ve diğer kimyasal bileşiklerde bulunmuştur.
Süper iletkenliğin ortaya çıktığı sıcaklıklar (kritik sıcaklıklar), 0,35 °K (hafniyum) ila 18 °K (niyobyum-kalay alaşımı) arasında oldukça geniş bir aralıktadır.
Süperiletkenlik olgusunun yanı sıra süper-
akışkanlık, ayrıntılı olarak incelenmiştir. Bulunan bağımlılıklar kritik sıcaklıklar itibaren iç yapı malzemeler ve dış manyetik alan. Derin bir süper iletkenlik teorisi geliştirildi (Sovyet bilim adamı Akademisyen N. N. Bogolyubov tarafından önemli bir katkı yapıldı).
Bu paradoksal fenomenin özü yine tamamen kuantumdur. Çok düşük sıcaklıklarda elektronlar
süperiletken, kristal kafese enerji veremeyen, onu ısıtmak için enerji kuantası harcayan çift bağlantılı parçacıklardan oluşan bir sistem oluşturur. Elektron çiftleri şöyle hareket eder<танцуя>, arasında<прутьями решетки>- iyonlar ve çarpışmalar ve enerji transferi olmadan onları baypas edin.
Süperiletkenlik teknolojide giderek daha fazla kullanılmaktadır.
Örneğin, süper iletken solenoidler uygulamaya giriyor - sıvı helyuma batırılmış süper iletken bobinler. Bir kez indüklenen akım ve dolayısıyla manyetik alan, keyfi olarak uzun bir süre içlerinde saklanabilir. 100.000'in üzerinde devasa bir değere ulaşabilir. Gelecekte, şüphesiz güçlü endüstriyel süper iletken cihazlar ortaya çıkacak - elektrik motorları, elektromıknatıslar, vb.
Radyo elektroniğinde, süper hassas amplifikatörler ve elektromanyetik dalga jeneratörleri, özellikle sıvı helyumlu banyolarda iyi çalışan önemli bir rol oynamaya başlar - orada dahili<шумы>teçhizat. Elektronik hesaplama teknolojisinde, düşük güçlü süper iletken anahtarlar - kriyotronlar için parlak bir gelecek vaat edilmektedir (bkz.<Пути электроники>).
Bu tür cihazların hareketini daha yüksek, daha erişilebilir sıcaklıklara taşımanın ne kadar cazip olacağını hayal etmek zor değil. AT son zamanlar polimer film süper iletkenleri yaratma umudunu açar. Bu tür malzemelerdeki elektriksel iletkenliğin kendine özgü doğası, oda sıcaklıklarında bile süperiletkenliği korumak için mükemmel bir fırsat vaat ediyor. Bilim adamları ısrarla bu umudu gerçekleştirmenin yollarını arıyorlar.
Şimdi de dünyadaki en sıcak şeyin alanına, yıldızların derinliklerine bakalım. Sıcaklıkların milyonlarca dereceye ulaştığı yer.
Yıldızlardaki kaotik termal hareket o kadar yoğundur ki, orada bütün atomlar var olamaz: sayısız çarpışmada yok edilirler.
Bu nedenle, bu kadar güçlü bir şekilde ısıtılan bir madde katı, sıvı veya gaz olamaz. Plazma halindedir, yani elektrik yüklü bir karışımdır.<осколков>atomlar - atom çekirdeği ve elektronlar.
Plazma maddenin bir tür halidir. Parçacıkları elektrik yüklü olduğundan, elektrik ve manyetik kuvvetlere hassas bir şekilde uyarlar. Bu nedenle, iki atom çekirdeğinin yakınlığı (pozitif bir yük taşırlar) nadir görülen bir olgudur. Yalnızca yüksek yoğunluklar ve birbirine çarpan devasa sıcaklıklar atom çekirdeği yaklaşmak mümkün. Sonra termonükleer reaksiyonlar gerçekleşir - yıldızlar için enerji kaynağı.
Bize en yakın yıldız - Güneş, esas olarak yıldızın bağırsaklarında 10 milyon dereceye kadar ısıtılan hidrojen plazmasından oluşur. Bu koşullar altında, hızlı hidrojen çekirdeklerinin - nadir de olsa protonların - yakın karşılaşmaları olur. Bazen yaklaşan protonlar etkileşime girer: elektriksel itmenin üstesinden geldikten sonra, hızla dev nükleer çekim kuvvetlerinin gücüne düşerler.<падают>birbirinize ve birleşin. Burada ani bir yeniden yapılanma gerçekleşir: iki proton yerine bir döteron (ağır bir hidrojen izotopunun çekirdeği), bir pozitron ve bir nötrino ortaya çıkar. Serbest bırakılan enerji 0,46 milyon elektron volttur (Mev).
Her bir güneş protonu ortalama 14 milyar yılda bir böyle bir reaksiyona girebilir. Ancak armatürün bağırsaklarında o kadar çok proton var ki, burada ve orada bu olası olmayan olay gerçekleşiyor - ve yıldızımız eşit, göz kamaştırıcı aleviyle yanıyor.
Döteronların sentezi, güneş termonükleer dönüşümlerinde sadece ilk adımdır. Yeni doğan döteron çok yakında (ortalama olarak 5,7 saniye sonra) bir proton daha ile birleşir. Bir ışık helyum çekirdeği ve bir gama kuantum elektromanyetik radyasyon vardır. 5.48 MeV enerji açığa çıkar.
Son olarak, ortalama olarak, her milyon yılda bir, iki hafif helyum çekirdeği birleşip kaynaşabilir. Daha sonra sıradan bir helyum çekirdeği (alfa parçacığı) oluşur ve iki proton ayrılır. 12.85 MeV enerji açığa çıkar.
Bu üç aşamalı<конвейер>termonükleer reaksiyonlar tek değildir. Başka bir nükleer dönüşüm zinciri daha var, daha hızlı olanlar. Karbon ve azotun atom çekirdeği buna katılır (tüketilmeden). Ancak her iki durumda da alfa parçacıkları hidrojen çekirdeklerinden sentezlenir. Mecazi anlamda, güneş hidrojen plazması<сгорает>, dönüşmek<золу>- helyum plazması. Ve her gram helyum plazmasının sentezi sürecinde 175 bin kWh enerji açığa çıkar. Büyük miktar!
Güneş her saniye 4,1033 erg enerji yayar ve 4,1012 g (4 milyon ton) madde kaybeder. Fakat tam kütle Güneş 2 1027 m Bu nedenle, bir milyon yılda Güneş'in radyasyonu nedeniyle<худеет>kütlesinin sadece on milyonda biridir. Bu rakamlar, termonükleer reaksiyonların etkinliğini ve güneş enerjisinin devasa kalorifik değerini açık bir şekilde göstermektedir.<горючего>- hidrojen.
Füzyon görünüyor ana kaynak tüm yıldızların enerjisi. saat farklı sıcaklıklar ve yıldız içlerinin yoğunlukları, farklı reaksiyon türleri gerçekleştirilir. Özellikle, güneş<зола>- helyum çekirdekleri - 100 milyon derecede termonükleer hale gelir<горючим>. Daha sonra daha ağır atom çekirdekleri - karbon ve hatta oksijen - alfa parçacıklarından sentezlenebilir.
Birçok bilim insanına göre, bir bütün olarak Metagalaksi'mizin tamamı aynı zamanda bir milyar derecelik bir sıcaklıkta gerçekleşen termonükleer füzyonun meyvesidir (bkz.<Вселенная вчера, сегодня и завтра>).
Termonükleerin olağanüstü kalori içeriği<горючего>bilim adamlarını nükleer füzyon reaksiyonlarının yapay uygulamasını aramaya teşvik etti.
<Горючего>Gezegenimizde birçok hidrojen izotopu var. Örneğin, nükleer reaktörlerdeki lityum metalinden süper ağır hidrojen trityum elde edilebilir. Ve ağır hidrojen - döteryum, elde edilebilecek ağır suyun bir parçasıdır. sade su.
İki bardak sıradan sudan ekstrakte edilen ağır hidrojen, bir füzyon reaktöründe bir varil birinci sınıf benzin yakmanın sağladığı kadar enerji sağlayacaktır.
Zorluk ön ısıtmada yatıyor<горючее>güçlü termonükleer ateşle tutuşabileceği sıcaklıklara.
Bu sorun ilk olarak hidrojen bombasında çözüldü. Oradaki hidrojen izotopları bir patlama ile tutuşur. atom bombası, maddenin on milyonlarca dereceye kadar ısıtılması eşlik eder. Hidrojen bombasının bir versiyonunda termonükleer yakıt, kimyasal bileşik hafif lityumlu ağır hidrojen - hafif l ve t ve i'nin döteridi. Bu beyaz toz, sofra tuzuna benzer,<воспламеняясь>itibaren<спички>Atom bombası olan , anında patlar ve yüz milyonlarca derecelik bir sıcaklık yaratır.
Barışçıl bir termonükleer reaksiyon başlatmak için, her şeyden önce, atom bombası hizmetleri olmadan, yeterince yoğun bir hidrojen izotop plazmasının küçük dozlarını yüz milyonlarca derecelik sıcaklıklara nasıl ısıtmayı öğrenmelisiniz. Bu problem, modern uygulamalı fizikteki en zor problemlerden biridir. Dünyanın her yerinden bilim adamları uzun yıllardır bunun üzerinde çalışıyorlar.
Daha önce cisimlerin ısınmasını yaratanın parçacıkların kaotik hareketi olduğunu ve rastgele hareketlerinin ortalama enerjisinin sıcaklığa karşılık geldiğini söylemiştik. Soğuk bir cismi ısıtmak, herhangi bir şekilde bu bozukluğu yaratmak demektir.
İki koşucu grubunun hızla birbirine doğru koştuğunu hayal edin. Böylece çarpıştılar, karıştılar, bir kalabalık başladı, kargaşa. Büyük karışıklık!
Yaklaşık olarak aynı şekilde, fizikçiler ilk başta gaz jetlerini iterek yüksek bir sıcaklık elde etmeye çalıştılar. yüksek basınç. Gaz 10 bin dereceye kadar ısıtıldı. Bir zamanlar rekordu: sıcaklık Güneş'in yüzeyinden daha yüksek.
Ancak bu yöntemle, termal düzensizlik anında her yöne yayıldığından, deney odasının duvarlarını ve ortamı ısıttığı için, gazın oldukça yavaş, patlayıcı olmayan bir şekilde ısıtılması imkansızdır. Ortaya çıkan ısı hızla sistemi terk eder ve onu izole etmek imkansızdır.
Gaz jetlerinin yerini plazma akışları alırsa, ısı yalıtımı sorunu çok zor olmaya devam eder, ancak çözümü için de umut vardır.
Doğru, plazma en refrakter maddeden yapılmış kaplar tarafından bile ısı kaybından korunamaz. Katı duvarlarla temas halinde sıcak plazma hemen soğur. Öte yandan, bir vakumda birikimini oluşturarak plazmayı tutmaya ve ısıtmaya çalışabilir, böylece odanın duvarlarına değmez, boşlukta asılı kalır, hiçbir şeye dokunmadan. Burada plazma parçacıklarının gaz atomları gibi nötr değil, elektrik yüklü olduğu gerçeğinden yararlanılmalıdır. Bu nedenle, hareket halindeyken manyetik kuvvetlerin etkisine maruz kalırlar. Sorun ortaya çıkıyor: sıcak plazmanın görünmez duvarları olan bir torbada asılı kalacağı özel bir konfigürasyonun manyetik alanını düzenlemek.
En basit tür böyle bir alan, plazmadan güçlü darbeler geçtiğinde otomatik olarak oluşturulur. elektrik akımı. Bu durumda, filamanı sıkıştırma eğiliminde olan plazma filamanı çevresinde manyetik kuvvetler indüklenir. Plazma, boşaltma tüpünün duvarlarından ayrılır ve filamentin eksenine yakın bir yerde, bir parçacık akışı içinde sıcaklık 2 milyon dereceye yükselir.
Ülkemizde bu tür deneyler 1950 gibi erken bir tarihte Akademisyenler Jİ rehberliğinde gerçekleştirilmiştir. A. Artsimovich ve M.A. Leontovich.
Başka bir deney yönü, 1952'de şimdi bir akademisyen olan Sovyet fizikçi G. I. Budker tarafından önerilen manyetik bir şişenin kullanılmasıdır. Manyetik şişe bir corktrona yerleştirilir - odanın uçlarında kalınlaşan harici bir sargı ile donatılmış silindirik bir vakum odası. Sargıdan geçen akım, haznede bir manyetik alan oluşturur. Orta kısımdaki kuvvet çizgileri silindirin genel hatlarına paraleldir ve uçlarında sıkıştırılarak manyetik tapalar oluştururlar. Manyetik bir şişeye enjekte edilen plazma parçacıkları, kuvvet çizgileri etrafında kıvrılır ve mantarlardan yansır. Sonuç olarak, plazma bir süre şişenin içinde tutulur. Şişeye verilen plazma parçacıklarının enerjisi yeterince yüksekse ve yeterince varsa, karmaşık kuvvet etkileşimlerine girerler, başlangıçta düzenli hareketleri dolanır, düzensizleşir - hidrojen çekirdeğinin sıcaklığı on milyonlarca dereceye yükselir. .
Elektromanyetik ile ek ısıtma sağlanır<ударами>plazma, manyetik alanın sıkıştırılması vb. ile. Şimdi ağır hidrojen çekirdeklerinin plazması yüz milyonlarca dereceye kadar ısıtılır. Doğru, bu her ikisinde de yapılabilir. Kısa bir zaman veya düşük plazma yoğunluğunda.
Kendi kendini idame ettiren bir reaksiyonu harekete geçirmek için plazmanın sıcaklığını ve yoğunluğunu daha da artırmak gerekir. Bunu başarmak zordur. Bununla birlikte, bilim adamlarının ikna olduğu gibi, sorun inkar edilemez bir şekilde çözülebilir.
GB Anfilov
Kaynak ve fotoğraflara bağlantı verilmesi koşuluyla, sitemizden başka kaynaklara fotoğraf göndermek ve makalelerden alıntı yapmak yasaktır.
Evrendeki tüm nesneler de dahil olmak üzere herhangi bir fiziksel beden, minimum puan sıcaklık veya limiti. Herhangi bir sıcaklık ölçeğinin referans noktası için, mutlak sıfır sıcaklıklarının değerini dikkate almak gelenekseldir. Ama bu sadece teoride. Bu sırada enerjilerini açığa çıkaran atomların ve moleküllerin kaotik hareketi pratikte henüz durdurulmamıştır.
Mutlak sıfır sıcaklıklarına ulaşılamamasının ana nedeni budur. Bu sürecin sonuçları hakkında hala anlaşmazlıklar var. Termodinamik açısından bakıldığında, atomların ve moleküllerin termal hareketi tamamen durduğu ve bir kristal kafes oluştuğu için bu sınıra ulaşılamaz.
Temsilciler kuantum fiziği minimum sıfır dalgalanmaların mutlak sıfır sıcaklıklarında varlığını sağlar.
Mutlak sıfır sıcaklığının değeri nedir ve neden ulaşılamıyor?
Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı'nda ilk kez sıcaklık göstergelerini belirleyen ölçü aletleri için bir referans veya referans noktası oluşturuldu.
Şu anda, Uluslararası Birimler Sisteminde, Santigrat ölçeği için referans noktası donma sırasında 0°C ve kaynama işlemi sırasında 100°C'dir, mutlak sıfır sıcaklık değeri −273.15°C'ye eşittir.
Aynı şey için Kelvin ölçeğindeki sıcaklık değerlerini kullanma Uluslararası sistem Birim, kaynar su 99.975 °C'lik bir referans değerinde oluşacaktır, mutlak sıfır 0'a eşittir. Fahrenheit ölçeğinde -459.67 dereceye karşılık gelir.
Ancak, bu veriler elde edilirse, pratikte neden mutlak sıfır sıcaklıklara ulaşmak imkansızdır. Karşılaştırma için, 1.079.252.848,8 km/sa sabit fiziksel değere eşit olan, herkesin bildiği ışık hızını alabiliriz.
Ancak uygulamada bu değere ulaşılamamaktadır. İletim dalga boyuna, koşullara ve gerekli absorpsiyona bağlıdır. Büyük bir sayı parçacık enerjisi. Mutlak sıfır sıcaklıklarının değerini elde etmek için, büyük bir enerji dönüşü ve atomlara ve moleküllere girmesini önleyecek kaynaklarının olmaması gerekir.
Ancak tam vakum koşullarında bile, bilim adamları tarafından ne ışık hızı ne de mutlak sıfır sıcaklık elde edildi.
Yaklaşık sıfır sıcaklıklara ulaşmak neden mümkün ama mutlak değil?
Bilim nihai sonuca ulaşmaya yaklaştığında ne olacak? düşük oran Mutlak sıfırın sıcaklığı, şimdiye kadar sadece termodinamik ve kuantum fiziği teorisinde kalır. Mutlak sıfır sıcaklıklarına pratikte ulaşılamamasının nedeni nedir?
Herşey dikkate değer girişimler maksimum enerji kaybı nedeniyle maddenin en alt sınıra soğutulması, maddenin ısı kapasitesi değerinin de minimum değere ulaşmasına neden olmuştur. Moleküller, enerjinin geri kalanını veremedi. Sonuç olarak, soğutma işlemi mutlak sıfıra ulaşmadan durduruldu.
Bilim adamları, mutlak sıfır sıcaklık değerine yakın koşullarda metallerin davranışını incelerken, sıcaklıktaki maksimum düşüşün direnç kaybına neden olması gerektiğini bulmuşlardır.
Ancak atomların ve moleküllerin hareketinin durması, yalnızca geçen elektronların enerjilerinin bir kısmını hareketsiz atomlara aktardığı bir kristal kafes oluşumuna yol açtı. Yine mutlak sıfıra ulaşamadı.
2003 yılında, mutlak sıfırdan 1°C'nin sadece yarım milyarda biri eksikti. NASA araştırmacıları, her zaman bir manyetik alan içinde olan ve enerjisini yayan deneyler yapmak için Na molekülünü kullandılar.
En yakın olanı, 2014 yılında 0,0025 Kelvin'lik bir gösterge elde eden Yale Üniversitesi'nden bilim adamlarının başarısıydı. Elde edilen bileşik stronsiyum monoflorür (SrF) sadece 2.5 saniye boyunca mevcuttu. Ve sonunda, yine de atomlara ayrıldı.
Mutlak sıfır sıcaklık
İdeal bir gazın hacminin sıfır olduğu sınır sıcaklığı şu şekilde alınır: mutlak sıfır sıcaklık.
Celsius ölçeğinde mutlak sıfırın değerini bulalım.
Eşitleme Hacmi V formül (3.1)'de sıfıra ve bunu dikkate alarak
.
Bu nedenle mutlak sıfır sıcaklık
t= -273 °С. 2
Bu, Lomonosov'un varlığını öngördüğü “en büyük veya son derece soğuk”, doğadaki sınırlayıcı, en düşük sıcaklıktır.
Dünyadaki en yüksek sıcaklıklar - yüz milyonlarca derece - termonükleer bombaların patlaması sırasında elde edildi. Hatta daha fazla yüksek sıcaklıklar nin kişilik özelliği iç alanlar bazı yıldızlar.
2 tane daha Kesin değer mutlak sıfır: -273.15 °С.
Kelvin ölçeği
İngiliz bilim adamı W. Kelvin tanıttı mutlak ölçek sıcaklıklar. Kelvin ölçeğinde sıfır sıcaklık mutlak sıfıra karşılık gelir ve bu ölçekte sıcaklık birimi santigrat dereceye eşittir, dolayısıyla mutlak sıcaklık T formülle Celsius ölçeğindeki sıcaklıkla ilgilidir
T = t + 273. (3.2)
Şek. 3.2, karşılaştırma için mutlak ölçeği ve Celsius ölçeğini gösterir.
Mutlak sıcaklığın SI birimine denir. Kelvin(K olarak kısaltılır). Bu nedenle, bir derece santigrat bir derece Kelvin'e eşittir:
Böylece, formül (3.2) ile verilen tanıma göre mutlak sıcaklık, Celsius sıcaklığına ve deneysel olarak belirlenen a değerine bağlı türev bir niceliktir.
Okuyucu: Mutlak sıcaklığın fiziksel anlamı nedir?
(3.1) ifadesini formda yazıyoruz
.
Kelvin ölçeğindeki sıcaklığın, Santigrat ölçeğindeki sıcaklıkla orantılı olduğu göz önüne alındığında T = t + 273, alırız
nerede T 0 = 273 K veya
Bu bağıntı keyfi bir sıcaklık için geçerli olduğundan T, o zaman Gay-Lussac yasası aşağıdaki gibi formüle edilebilir:
p = const'ta belirli bir gaz kütlesi için, ilişki
Görev 3.1. bir sıcaklıkta T 1 = 300 K gaz hacmi V 1 = 5.0 l. Aynı basınç ve sıcaklıktaki gazın hacmini belirleyin T= 400 K
DUR! Kendiniz karar verin: A1, B6, C2.
Görev 3.2.İzobarik ısıtma ile hava hacmi %1 arttı. Mutlak sıcaklık yüzde kaç arttı?
= 0,01.
Cevap: 1 %.
Ortaya çıkan formülü hatırla
DUR! Kendiniz karar verin: A2, A3, B1, B5.
Charles'ın kanunu
Fransız bilim adamı Charles deneysel olarak, bir gazı hacmi sabit kalacak şekilde ısıtırsanız, gazın basıncının artacağını deneysel olarak buldu. Basıncın sıcaklığa bağımlılığı şu şekildedir:
R(t) = p 0 (1 + b t), (3.6)
nerede R(t) sıcaklıktaki basınçtır t°C; R 0 – 0 °C'de basınç; b, tüm gazlar için aynı olan basınç sıcaklık katsayısıdır: 1/K.
Okuyucu:Şaşırtıcı bir şekilde, b basıncının sıcaklık katsayısı, hacim genişlemesinin a sıcaklık katsayısına tam olarak eşittir!
Hacmi belirli bir gaz kütlesi alalım V 0 sıcaklıkta T 0 ve basınç R 0 . İlk defa, gazın basıncını sabit tutarak, onu bir sıcaklığa ısıtıyoruz. T bir . O zaman gazın hacmi olacak V 1 = V 0 (1 + bir t) ve basınç R 0 .
İkinci kez, gazın hacmini sabit tutarak aynı sıcaklığa ısıtıyoruz. T bir . O zaman gazın basıncı olacak R 1 = R 0 (1 + b t) ve hacim V 0 .
Gaz sıcaklığı her iki durumda da aynı olduğundan Boyle-Mariotte yasası geçerlidir:
p 0 V 1 = p 1 V 0 Þ R 0 V 0 (1 + bir t) = R 0 (1 + b t)V 0 Þ
Þ 1 + bir t = 1+b tÞa = b.
Yani a = b, hayır gerçeğinde şaşırtıcı bir şey yok!
Charles yasasını formda yeniden yazalım
.
Verilen T = t°С + 273 °С, T 0 \u003d 273 ° С, alıyoruz
