Absoliutusis nulis
Absoliutus nulis - tai temperatūra, kurioje materijos dalelių (molekulių ir atomų) energija yra mažiausia. Kai kurie žmonės mano, kad absoliutaus nulio temperatūroje dalelės praranda visą energiją ir nustoja judėti. Tai nėra teisinga. Kvantinėje fizikoje egzistuoja vadinamoji nulinio taško energija, kuri reiškia, kad net ir pašalinus iš dalelių visą energiją, dalelės vis dar turi šiek tiek energijos. Taip yra dėl Heizenbergo neapibrėžtumo principo, kuris teigia, kad kuo daugiau žinoma apie dalelės padėtį, tuo mažiau galima žinoti apie jos judėjimo momentą, ir atvirkščiai. Todėl dalelė negali būti visiškai sustabdyta, nes tada būtų žinoma tiksli jos padėtis ir judesio momentas.
Kai kurie žmonės yra sukūrę labai artimą absoliučiam nuliui temperatūrą: rekordinė temperatūra buvo 100 pK (šimtas pikokelvinų, lygus 10-10 kelvinų) aukščiau absoliutaus nulio. Netgi arti absoliutaus nulio sunku pasiekti, nes bet kas, kas paliestų objektą, aušinamą arti absoliutaus nulio, atiduotų šilumą objektams. Mokslininkai, aušindami objektus iki labai žemų temperatūrų, naudoja lazerius, kurie sulėtina atomus.
Kelvino ir Rankino temperatūros skalės apibrėžtos taip, kad absoliutus nulis yra 0 kelvinų (K) arba 0 laipsnių pagal Rankiną (°R). Celsijaus ir Farenheito skalės apibrėžtos taip, kad absoliutus nulis yra -273,15 °C arba -459,67 °F.
Šiame etape dalelių slėgis lygus nuliui. Jei nubraižysime grafiką, pamatysime, kad dalelių temperatūra lygi nuliui. Temperatūra negali toliau mažėti. Be to, dalelės negali judėti ir "atbuline eiga", nes dalelių judėjimas yra vibracija, todėl vibracija atbuline eiga būtų ne kas kita, kaip tiesiog vibracija iš naujo. Kuo objekto temperatūra arčiau absoliutaus nulio, tuo mažesnė medžiagos varža elektrai, todėl ji praleidžia elektrą beveik tobulai, be jokios išmatuojamos varžos.
Trečiasistermodinamikos dėsnis teigia, kad niekas niekada negali turėti absoliutaus nulio temperatūros.
Antrasis termodinamikos dėsnis teigia, kad visi šilumą naudojantys varikliai (pvz., automobilių ir garvežių varikliai) turi išskirti atliekinę šilumą ir negali būti 100 % efektyvūs. Taip yra todėl, kad naudingumo koeficientas (variklio sunaudojamos energijos, kuri iš tikrųjų naudojama variklio darbui atlikti, procentinė dalis) yra 100 % × (1 - išorė / išorė), kuris yra 100 % tik tuo atveju, jei išorinė temperatūra yra absoliutus nulis, o taip negali būti. Taigi, variklis negali būti 100 % efektyvus, tačiau jo efektyvumą galima priartinti prie 100 % padidinus vidaus temperatūrą ir (arba) sumažinus išorės temperatūrą.
Nulis kelvinų (-273,15 °C) apibrėžiamas kaip absoliutus nulis.
Susiję puslapiai
- Absoliuti temperatūra
- Absoliučiai karšta
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra absoliutus nulis?
A: Absoliutus nulis - tai temperatūra, kurioje materijos dalelės (molekulės ir atomai) turi mažiausią energiją.
K: Ar absoliutus nulis reiškia, kad dalelės praranda visą energiją ir nustoja judėti?
A: Ne, kvantinėje fizikoje egzistuoja vadinamoji nulinio taško energija, kuri reiškia, kad net ir pašalinus visą dalelių energiją, dalelės vis dar turi šiek tiek energijos dėl Heizenbergo neapibrėžtumo principo.
K: Koks temperatūros rekordas pasiektas arti absoliutaus nulio?
Atsakymas: Rekordinė temperatūra buvo 100 pK (šimtas pikokelvinų, lygu 10-10 kelvinų) aukščiau absoliutaus nulio.
K: Kaip mokslininkai atšaldo objektus iki labai žemos temperatūros?
Atsakymas: Šaldant objektus iki labai žemų temperatūrų, mokslininkai naudoja lazerius, kurie sulėtina atomus.
K: Kaip Celsijaus ir Farenheito skalės apibrėžtos absoliutaus nulio atžvilgiu?
A: Celsijaus ir Farenheito skalės apibrėžtos taip, kad absoliutus nulis yra -273,15 °C arba -459,67 °F.
K: Ką trečiasis termodinamikos dėsnis sako apie absoliutų nulį?
A: Trečiasis termodinamikos dėsnis sako, kad niekas niekada negali turėti absoliutaus nulio temperatūros.
K: Kaip galima padidinti variklio naudingumo koeficientą iki 100 %?
A: Pagal antrąjį termodinamikos dėsnį variklio naudingumo koeficientas gali būti padidintas iki 100 %, jei vidaus temperatūra bus aukštesnė ir (arba) išorės temperatūra bus žemesnė.
