ظهر مصطلح "درجة الحرارة" في وقت اعتقد فيه الفيزيائيون أن الأجسام الدافئة تتكون من كمية أكبر من مادة معينة - كالوريات - من نفس الأجسام ، لكنها باردة. وتم تفسير درجة الحرارة على أنها قيمة مقابلة لكمية السعرات الحرارية في الجسم. منذ ذلك الحين ، تُقاس درجة حرارة أي جسم بالدرجات. ولكنه في الواقع مقياس للطاقة الحركية للجزيئات المتحركة ، وبناءً على ذلك ، يجب قياسه بالجول ، وفقًا لنظام الوحدات الدولي للوحدات.

يأتي مفهوم "درجة حرارة الصفر المطلق" من القانون الثاني للديناميكا الحرارية. وفقًا لذلك ، فإن عملية نقل الحرارة من الجسم البارد إلى الجسم الساخن أمر مستحيل. تم تقديم هذا المفهوم من قبل الفيزيائي الإنجليزي دبليو طومسون. للإنجازات في الفيزياء ، حصل على اللقب النبيل "لورد" ولقب "بارون كلفن". في عام 1848 ، اقترح دبليو طومسون (كيلفن) استخدام مقياس درجة الحرارة ، حيث أخذ درجة حرارة الصفر المطلق المقابلة للبرودة الشديدة كنقطة انطلاق ، وأخذ الدرجات المئوية كسعر القسمة. وحدة كلفن هي 1/27316 من درجة حرارة النقطة الثلاثية للماء (حوالي 0 درجة مئوية) ، أي درجة الحرارة التي يوجد عندها الماء النقي في ثلاثة أشكال في وقت واحد: الثلج والماء السائل والبخار. درجة الحرارة هي أدنى درجة حرارة منخفضة ممكنة تتوقف عندها حركة الجزيئات ، ولم يعد من الممكن استخراج الطاقة الحرارية من المادة. منذ ذلك الحين ، تم تسمية مقياس درجة الحرارة المطلقة باسمه.

يتم قياس درجة الحرارة على مستويات مختلفة

يُطلق على مقياس درجة الحرارة الأكثر استخدامًا مقياس مئوية. إنه مبني على نقطتين: درجة حرارة انتقال طور الماء من السائل إلى البخار والماء إلى الجليد. اقترح A.Celsius في عام 1742 تقسيم المسافة بين النقاط المرجعية إلى 100 فترة ، وأخذ الماء على أنه صفر ، في حين أن نقطة التجمد 100 درجة. لكن السويدي ك. لينيوس اقترح القيام بالعكس. منذ ذلك الحين ، يتجمد الماء عند درجة صفر أ م. على الرغم من أنه يجب أن يغلي بالضبط في درجة مئوية. يساوي الصفر المطلق في درجة مئوية سالب 273.16 درجة مئوية.

هناك العديد من مقاييس درجة الحرارة: فهرنهايت ، ريومور ، رانكين ، نيوتن ، رومر. لديهم أقسام مختلفة والسعر. على سبيل المثال ، تم بناء مقياس Réaumur أيضًا على معايير غليان وتجميد الماء ، لكنه يحتوي على 80 قسمًا. مقياس فهرنهايت ، الذي ظهر عام 1724 ، يُستخدم في الحياة اليومية فقط في بعض دول العالم ، بما في ذلك الولايات المتحدة الأمريكية ؛ الأول هو درجة حرارة خليط الماء المثلج - الأمونيا والآخر هو درجة حرارة جسم الإنسان. المقياس مقسم إلى مائة قسم. الصفر المئوي يتوافق مع 32 يمكن تحويل الدرجات إلى فهرنهايت باستخدام الصيغة: F \ u003d 1.8 C + 32. عكس الترجمة: C \ u003d (F - 32) / 1.8 ، حيث: F - درجة فهرنهايت ، C - درجات درجة مئوية. إذا كنت كسولًا جدًا بحيث يتعذر عليك الاعتماد عليه ، فانتقل إلى خدمة التحويل من الدرجة المئوية إلى فهرنهايت عبر الإنترنت. في المربع ، اكتب عدد الدرجات المئوية ، وانقر على "حساب" ، وحدد "فهرنهايت" وانقر على "ابدأ". ستظهر النتيجة على الفور.

سُمي على اسم الفيزيائي الإنجليزي ويليام ج. رانكين ، وهو معاصر سابق لكلفن وأحد مبتكري الديناميكا الحرارية التقنية. هناك ثلاث نقاط مهمة في مقياسه: البداية هي الصفر المطلق ، ونقطة تجمد الماء 491.67 درجة رانكين ودرجة غليان الماء 671.67 درجة. عدد التقسيمات بين درجة حرارة الماء وغليانه في رانكين وفهرنهايت هو 180.

يتم استخدام معظم هذه المقاييس حصريًا من قبل علماء الفيزياء. وقال 40٪ من طلاب المدارس الثانوية الأمريكية الذين شملهم الاستطلاع هذه الأيام إنهم لا يعرفون ما هي درجة حرارة الصفر المطلق.

يتوافق الصفر المطلق مع درجة حرارة 273.15 درجة مئوية.

من المعتقد أن الصفر المطلق بعيد المنال في الممارسة العملية. إن وجودها وموقعها على مقياس درجة الحرارة ناتج عن استقراء الظواهر الفيزيائية المرصودة ، بينما يوضح هذا الاستقراء أنه عند الصفر المطلق ، يجب أن تكون طاقة الحركة الحرارية لجزيئات وذرات مادة ما مساوية للصفر ، أي تتوقف الحركة الفوضوية للجسيمات ، وتشكل بنية منظمة ، وتحتل موقعًا واضحًا في العقد في الشبكة البلورية. ومع ذلك ، في الواقع ، حتى عند درجة حرارة الصفر المطلق ، ستبقى الحركات المنتظمة للجسيمات التي تتكون منها المادة. تعود التقلبات المتبقية ، مثل اهتزازات نقطة الصفر ، إلى الخصائص الكمومية للجسيمات والفراغ المادي الذي يحيط بها.

في الوقت الحاضر ، تمكنت المختبرات الفيزيائية من الحصول على درجات حرارة تتجاوز الصفر المطلق ببضعة أجزاء من المليون من الدرجة فقط ؛ من المستحيل تحقيق ذلك ، وفقًا لقوانين الديناميكا الحرارية.

ملحوظات

المؤلفات

• G. بورمين. اقتحام الصفر المطلق. - م: "أدب الأطفال" 1983.

أنظر أيضا

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

شاهد ما هو "الصفر المطلق" في القواميس الأخرى:

درجات الحرارة ، أصل درجة الحرارة على مقياس درجة الحرارة الديناميكي الحراري (انظر مقياس درجة الحرارة الحرارية). يقع الصفر المطلق 273.16 درجة مئوية تحت درجة حرارة النقطة الثلاثية (انظر النقطة الثلاثية) من الماء ، والتي ... ... قاموس موسوعي

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 بعيد المنال في الأساس ، وقد تم الوصول إلى درجات الحرارة عمليًا ، ... ... الموسوعة الحديثة

درجات الحرارة هي أصل قراءة درجة الحرارة على مقياس درجة الحرارة الديناميكي الحراري. يقع الصفر المطلق عند 273.16.C تحت درجة حرارة النقطة الثلاثية للماء ، والتي تُقبل بقيمة 0.01.C. الصفر المطلق غير قابل للتحقيق بشكل أساسي (انظر ... قاموس موسوعي كبير

درجة الحرارة التي تعبر عن غياب الحرارة هي 218 درجة مئوية. قاموس الكلمات الأجنبية المدرجة في اللغة الروسية. Pavlenkov F.، 1907. درجة حرارة الصفر المطلق (فيزياء) - 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 ، في مقياس كلفن ، الصفر المطلق (0 درجة كلفن) يتوافق مع -273.16 ± 0.01 درجة مئوية ... قاموس الجغرافيا

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

درجة حرارة منخفضة للغاية تتوقف عندها الحركة الحرارية للجزيئات. يصبح ضغط وحجم الغاز المثالي ، وفقًا لقانون Boyle Mariotte ، مساوياً للصفر ، وتُؤخذ النقطة المرجعية لدرجة الحرارة المطلقة على مقياس كلفن ... ... القاموس البيئي

الصفر المطلق- - [أ.س. غولدبرغ. قاموس الطاقة الإنجليزية الروسية. 2006] موضوعات الطاقة بشكل عام EN zeropoint ... دليل المترجم الفني

نقطة مرجعية لدرجة الحرارة المطلقة. يتوافق مع 273.16 درجة مئوية ، في الوقت الحالي ، في المختبرات الفيزيائية ، كان من الممكن الحصول على درجة حرارة تتجاوز الصفر المطلق ببضعة أجزاء من المليون من الدرجة ، ولكن لتحقيق ذلك ، وفقًا للقوانين ... ... موسوعة كولير

الصفر المطلق- absoliutusis nulis status as T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Termodinaminės temperature atskaitos pradžia، esanti 273.16 K žemiau vandens trigubojo taško. تاي 273.16 درجة مئوية ، 459.69 درجة فهرنهايت أربا 0 درجة حرارة. atitikmenys: engl.…… Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

الصفر المطلق- absoliutusis nulis status as T sritis chemija apibrėžtis Kelvino skalės nulis (273.16 ° C). atitikmenys: engl. الصفر المطلق روس. الصفر المطلق... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

ما هو الصفر المطلق (غالبًا - صفر)؟ هل درجة الحرارة هذه موجودة حقًا في أي مكان في الكون؟ هل يمكننا تبريد أي شيء إلى الصفر المطلق في الحياة الواقعية؟ إذا كنت تتساءل عما إذا كان من الممكن تجاوز موجة البرد ، فلنستكشف أقصى حدود درجة الحرارة الباردة ...

ما هو الصفر المطلق (غالبًا - صفر)؟ هل درجة الحرارة هذه موجودة حقًا في أي مكان في الكون؟ هل يمكننا تبريد أي شيء إلى الصفر المطلق في الحياة الواقعية؟ إذا كنت تتساءل عما إذا كان من الممكن تجاوز موجة البرد ، فلنستكشف أقصى حدود درجة الحرارة الباردة ...

حتى لو لم تكن فيزيائيًا ، فربما تكون على دراية بمفهوم درجة الحرارة. درجة الحرارة هي مقياس لكمية الطاقة العشوائية الداخلية في مادة ما. كلمة "داخلي" مهمة جدا. قم برمي كرة الثلج ، وعلى الرغم من أن الحركة الرئيسية ستكون سريعة جدًا ، إلا أن كرة الثلج ستظل باردة جدًا. من ناحية أخرى ، إذا نظرت إلى جزيئات الهواء التي تطير حول الغرفة ، فإن جزيء الأكسجين العادي يقلى بسرعة آلاف الكيلومترات في الساعة.

نميل إلى الصمت عندما يتعلق الأمر بالتفاصيل الفنية ، لذلك فقط بالنسبة للخبراء ، نلاحظ أن درجة الحرارة أكثر تعقيدًا قليلاً مما قلناه. إن التعريف الحقيقي لدرجة الحرارة هو مقدار الطاقة التي تحتاج إلى إنفاقها لكل وحدة إنتروبيا (اضطراب ، إذا كنت تريد كلمة أفضل). لكن دعونا نتخطى التفاصيل الدقيقة ونركز فقط على حقيقة أن جزيئات الهواء أو الماء العشوائية في الجليد سوف تتحرك أو تهتز بشكل أبطأ وأبطأ مع انخفاض درجة الحرارة.

الصفر المطلق هو -273.15 درجة مئوية ، -459.67 فهرنهايت ، 0 كلفن فقط. هذه هي النقطة التي تتوقف فيها الحركة الحرارية تمامًا.

هل كل شيء يتوقف؟

في النظر الكلاسيكي للمسألة ، يتوقف كل شيء عند الصفر المطلق ، ولكن في هذه اللحظة يظهر الكمامة الرهيبة لميكانيكا الكم من الزاوية. أحد تنبؤات ميكانيكا الكم التي لطخت دماء عدد غير قليل من الفيزيائيين هو أنه لا يمكنك أبدًا قياس الموضع أو الزخم الدقيق للجسيم بيقين تام. يُعرف هذا بمبدأ عدم اليقين في Heisenberg.

إذا تمكنت من تبريد غرفة مغلقة إلى الصفر المطلق ، فستحدث أشياء غريبة (المزيد عن ذلك في لحظة). سينخفض ​​ضغط الهواء إلى ما يقرب من الصفر ، وبما أن ضغط الهواء عادة ما يتعارض مع الجاذبية ، سينهار الهواء إلى طبقة رقيقة جدًا على الأرض.

ومع ذلك ، إذا كان بإمكانك قياس الجزيئات الفردية ، فستجد شيئًا مثيرًا للفضول: إنها تهتز وتدور ، إلى حد ما - عدم اليقين الكمي في العمل. لوضع النقاط على i ، إذا قمت بقياس دوران جزيئات ثاني أكسيد الكربون عند الصفر المطلق ، فستجد أن ذرات الأكسجين تدور حول الكربون بسرعة عدة كيلومترات في الساعة - أسرع بكثير مما كنت تعتقد.

وصلت المحادثة إلى طريق مسدود. عندما نتحدث عن العالم الكمي ، تفقد الحركة معناها. في هذه المقاييس ، يتم تحديد كل شيء من خلال عدم اليقين ، لذلك لا يعني ذلك أن الجسيمات ثابتة ، لا يمكنك أبدًا قياسها كما لو كانت ثابتة.

غير متزامن: صحيح)) ؛ )) ؛ t = d.getElementsByTagName ("script") ؛ s = d.createElement ("البرنامج النصي") ؛ s.type = "text / javascript" ؛ s.src = "//an.yandex.ru/system/context.js" ؛ s.async = صحيح ؛ t.parentNode.insertBefore (s، t) ؛ )) (هذا ، this.document ، "yandexContextAsyncCallbacks") ؛

إلى أي مدى يمكن أن تسقط؟

السعي لتحقيق الصفر المطلق يواجه في الأساس نفس المشاكل التي يواجهها السعي وراء سرعة الضوء. يتطلب الأمر كمية لا حصر لها من الطاقة للوصول إلى سرعة الضوء ، والوصول إلى الصفر المطلق يتطلب كمية لا حصر لها من الحرارة ليتم استخلاصها. كلتا العمليتين مستحيلتان ، إن وجدت.

على الرغم من حقيقة أننا لم نحقق بعد الحالة الفعلية للصفر المطلق ، فنحن قريبون جدًا منها (على الرغم من أن "جدًا" في هذه الحالة هو مفهوم فضفاض للغاية ؛ مثل قافية عد الأطفال: اثنان ، ثلاثة ، أربعة ، أربعة و نصف ، أربعة على خيط ، أربعة بخيط ، خمسة). كانت أدنى درجة حرارة سجلت على الأرض في القارة القطبية الجنوبية في عام 1983 ، عند -89.15 درجة مئوية (184 كلفن).

بالطبع ، إذا كنت تريد أن تهدأ مثل طفل ، فأنت بحاجة إلى الغوص في أعماق الفضاء. الكون بأكمله مغمور ببقايا الإشعاع من الانفجار العظيم ، في أكثر مناطق الفضاء خلاء - 2.73 درجة كلفن ، وهي أبرد قليلاً من درجة حرارة الهيليوم السائل ، والتي تمكنا من الوصول إليها على الأرض منذ قرن مضى.

لكن علماء الفيزياء في درجات الحرارة المنخفضة يستخدمون أشعة التجميد لنقل التكنولوجيا إلى مستوى جديد تمامًا. قد يفاجئك أن أشعة التجميد تأخذ شكل الليزر. ولكن كيف؟ يجب أن يحترق الليزر.

هذا صحيح ، لكن لليزر ميزة واحدة - يمكن للمرء أن يقول ، إنذار نهائي: كل الضوء ينبعث من نفس التردد. لا تتفاعل الذرات المحايدة العادية مع الضوء على الإطلاق ما لم يتم ضبط التردد بدقة. إذا كانت الذرة تتجه نحو مصدر الضوء ، فإن الضوء يتلقى تحول دوبلر ويذهب إلى تردد أعلى. تمتص الذرة طاقة فوتون أقل مما تستطيع. لذلك إذا قمت بضبط الليزر على مستوى منخفض ، فإن الذرات سريعة الحركة ستمتص الضوء ، وإصدار فوتون في اتجاه عشوائي سيفقد القليل من الطاقة في المتوسط. إذا كررت العملية ، يمكنك تبريد الغاز إلى أقل من nanoKelvin واحد ، أي جزء من المليار من الدرجة.

يصبح كل شيء أكثر تطرفًا. الرقم القياسي العالمي لأبرد درجة حرارة أقل من عُشر مليار درجة فوق الصفر المطلق. الأجهزة التي تحقق هذه الذرات تحبس الذرات في المجالات المغناطيسية. لا تعتمد "درجة الحرارة" كثيرًا على الذرات نفسها ، بل على دوران النوى الذرية.

الآن ، لاستعادة العدالة ، علينا أن نحلم قليلاً. عندما نتخيل عادة شيئًا مجمدًا حتى جزء من المليار من الدرجة ، فمن المؤكد أنك ستحصل على صورة حتى جزيئات الهواء تتجمد في مكانها. يمكن للمرء حتى أن يتخيل جهازًا مدمرًا في نهاية العالم يجمد دوران الذرات.

في النهاية ، إذا كنت تريد حقًا تجربة درجات حرارة منخفضة ، فكل ما عليك فعله هو الانتظار. بعد حوالي 17 مليار سنة ، ستبرد الخلفية الإشعاعية في الكون إلى 1K. في 95 مليار سنة ، ستكون درجة الحرارة حوالي 0.01 كلفن. في غضون 400 مليار سنة ، سيكون الفضاء السحيق باردًا مثل أبرد تجربة على الأرض ، وحتى أكثر برودة بعد ذلك.

إذا كنت تتساءل لماذا يبرد الكون بهذه السرعة ، فقل بفضل أصدقائنا القدامى: الإنتروبيا والطاقة المظلمة. الكون في وضع متسارع ، يدخل فترة من النمو الأسي الذي سيستمر إلى الأبد. ستتجمد الأمور بسرعة كبيرة.

ما هو عملنا؟

كل هذا ، بالطبع ، رائع ، وتحطيم الأرقام القياسية أمر رائع أيضًا. لكن ما هو الهدف؟ حسنًا ، هناك العديد من الأسباب الوجيهة لفهم الأراضي المنخفضة لدرجة الحرارة ، وليس فقط كفائز.

الأشخاص الطيبون في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا ، على سبيل المثال ، يرغبون فقط في صنع ساعات رائعة. تعتمد معايير الوقت على أشياء مثل تواتر ذرة السيزيوم. إذا تحركت ذرة السيزيوم كثيرًا ، فهناك عدم يقين في القياسات ، مما سيؤدي في النهاية إلى تعطل الساعة.

ولكن الأهم من ذلك ، وخاصة من وجهة نظر علمية ، أن المواد تتصرف بجنون في درجات حرارة منخفضة للغاية. على سبيل المثال ، تمامًا كما يتكون الليزر من فوتونات متزامنة مع بعضها البعض - بنفس التردد والمرحلة - لذلك يمكن إنشاء المادة المعروفة باسم مكثف بوز-آينشتاين. فيه ، جميع الذرات في نفس الحالة. أو تخيل ملغمًا تفقد فيه كل ذرة شخصيتها وتتفاعل الكتلة بأكملها كذرة واحدة فارغة.

في درجات حرارة منخفضة للغاية ، تصبح العديد من المواد فائقة السيولة ، مما يعني أنها يمكن أن تكون لزجة تمامًا ، وتتراكم في طبقات رقيقة للغاية ، وتتحدى الجاذبية لتحقيق الحد الأدنى من الطاقة. أيضًا في درجات الحرارة المنخفضة ، تصبح العديد من المواد فائقة التوصيل ، مما يعني أنها لا تتمتع بأي مقاومة كهربائية.

الموصلات الفائقة قادرة على الاستجابة للحقول المغناطيسية الخارجية بطريقة تلغيها تمامًا داخل المعدن. نتيجة لذلك ، يمكنك الجمع بين درجة الحرارة الباردة والمغناطيس والحصول على شيء مثل التحليق.

لماذا يوجد صفر مطلق ولكن لا يوجد حد أقصى مطلق؟

لنلقِ نظرة على الطرف الآخر. إذا كانت درجة الحرارة مجرد مقياس للطاقة ، فيمكنك أن تتخيل أن الذرات تقترب أكثر فأكثر من سرعة الضوء. لا يمكن أن تستمر إلى أجل غير مسمى ، أليس كذلك؟

هناك إجابة قصيرة: لا نعرف. من الممكن تمامًا وجود شيء مثل درجة الحرارة اللانهائية ، ولكن إذا كان هناك حد مطلق ، فإن الكون المبكر يقدم بعض الأدلة المثيرة للاهتمام حول ماهيته. ربما حدثت أعلى درجة حرارة موجودة على الإطلاق (على الأقل في كوننا) في ما يسمى "زمن بلانك".

كانت لحظة 10 ^ -43 ثانية طويلة بعد الانفجار العظيم ، عندما انفصلت الجاذبية عن ميكانيكا الكم وأصبحت الفيزياء بالضبط ما هي عليه الآن. كانت درجة الحرارة في ذلك الوقت حوالي 10 ^ 32 ك.

مرة أخرى ، لسنا متأكدين على الإطلاق مما إذا كانت هذه هي أعلى درجة حرارة على الإطلاق. نظرًا لأننا لا نملك نموذجًا كبيرًا للكون في زمن بلانك ، فنحن لسنا متأكدين حتى من أن الكون كان يغلي إلى هذه الحالة. على أي حال ، نحن أقرب بكثير إلى الصفر المطلق من الحرارة المطلقة.

درجة حرارة الصفر المطلق

تؤخذ درجة الحرارة المحددة التي يصبح عندها حجم الغاز المثالي صفراً درجة حرارة الصفر المطلق.

لنجد قيمة الصفر المطلق على مقياس سلزيوس.
حجم المعادلة الخامسفي الصيغة (3.1) إلى الصفر مع مراعاة ذلك

.

ومن ثم درجة حرارة الصفر المطلق

ر= -273 درجة مئوية. 2

هذا هو الحد الأدنى لدرجة الحرارة في الطبيعة ، تلك "الدرجة العظمى أو الأخيرة من البرد" ، والتي تنبأ بوجودها لومونوسوف.

تم الحصول على أعلى درجات الحرارة على الأرض - مئات الملايين من الدرجات - أثناء انفجارات القنابل النووية الحرارية. تعتبر درجات الحرارة الأعلى من السمات المميزة للمناطق الداخلية لبعض النجوم.

2A قيمة أكثر دقة للصفر المطلق: -273.15 درجة مئوية.

مقياس كلفن

قدم العالم الإنجليزي دبليو كيلفن المقياس المطلقدرجات الحرارة. تتوافق درجة الحرارة الصفرية على مقياس كلفن مع الصفر المطلق ، وتساوي وحدة درجة الحرارة على هذا المقياس درجات مئوية ، وبالتالي فإن درجة الحرارة المطلقة تييرتبط بدرجة الحرارة على مقياس سيليزيوس بالصيغة

T = t + 273. (3.2)

على التين. يوضح الشكل 3.2 المقياس المطلق والمقياس المئوي للمقارنة.

تسمى وحدة SI لدرجة الحرارة المطلقة كلفن(يُختصر بـ K). لذلك ، درجة واحدة مئوية تساوي درجة واحدة كلفن:

وبالتالي ، فإن درجة الحرارة المطلقة ، وفقًا للتعريف الوارد في الصيغة (3.2) ، هي كمية مشتقة تعتمد على درجة الحرارة المئوية وعلى القيمة المحددة تجريبياً لـ.

قارئ:ما المعنى الفيزيائي لدرجة الحرارة المطلقة؟

نكتب التعبير (3.1) في الصورة

.

بالنظر إلى أن درجة الحرارة على مقياس كلفن مرتبطة بدرجة الحرارة على مقياس سلزيوس بالنسبة إلى النسبة T = t + 273 ، حصلنا عليها

أين تي 0 = 273 كلفن ، أو

لأن هذه العلاقة صالحة لدرجة حرارة عشوائية تي، ثم يمكن صياغة قانون Gay-Lussac على النحو التالي:

بالنسبة لكتلة غاز معينة عند p = const ، فإن العلاقة

المهمة 3.1.عند درجة حرارة تي 1 = حجم غاز 300 كلفن الخامس 1 = 5.0 لتر. حدد حجم الغاز عند نفس الضغط ودرجة الحرارة تي= 400 ك.

قف! قرر بنفسك: A1، B6، C2.

المهمة 3.2.مع التسخين متساوي الضغط ، زاد حجم الهواء بنسبة 1٪. بأي نسبة ارتفعت درجة الحرارة المطلقة؟

= 0,01.

إجابه: 1 %.

تذكر الصيغة الناتجة

قف! قرر بنفسك: A2، A3، B1، B5.

قانون تشارلز

وجد العالم الفرنسي تشارلز تجريبيًا أنه إذا قمت بتسخين غاز بحيث يظل حجمه ثابتًا ، فإن ضغط الغاز سيزداد. اعتماد الضغط على درجة الحرارة له الشكل:

ر(ر) = ص 0 (1 + ب ر), (3.6)

أين ر(ر) هو الضغط عند درجة الحرارة ردرجة مئوية ؛ ر 0 - الضغط عند 0 درجة مئوية ؛ ب هو معامل درجة الحرارة للضغط ، وهو نفسه لجميع الغازات: 1 / ك.

قارئ:من المثير للدهشة أن معامل درجة الحرارة للضغط ب يساوي تمامًا معامل درجة الحرارة للتمدد الحجمي أ!

دعونا نأخذ كتلة معينة من الغاز بحجم الخامس 0 في درجة الحرارة تي 0 والضغط ر 0. لأول مرة ، مع الحفاظ على ضغط الغاز ثابتًا ، نقوم بتسخينه إلى درجة حرارة تيواحد . ثم سيكون للغاز حجم الخامس 1 = الخامس 0 (1 + أ ر) والضغط ر 0 .

في المرة الثانية ، مع الحفاظ على حجم الغاز ثابتًا ، نقوم بتسخينه إلى نفس درجة الحرارة تيواحد . ثم الغاز سيكون له ضغط ر 1 = ر 0 (1 + ب ر) والحجم الخامس 0 .

نظرًا لأن درجة حرارة الغاز هي نفسها في كلتا الحالتين ، فإن قانون Boyle-Mariotte ساري المفعول:

ص 0 الخامس 1 = ص 1 الخامس 0 Þ ر 0 الخامس 0 (1 + أ ر) = ر 0 (1 + ب ر)الخامس 0 Þ

Þ 1 + أ ر = 1 + ب رÞ أ = ب.

لذلك ليس هناك ما يثير الدهشة في حقيقة أن أ = ب ، لا!

دعونا نعيد كتابة قانون تشارلز بالشكل

.

بشرط تي = ر° С + 273 درجة مئوية ، تي 0 = 273 درجة مئوية ، نحصل عليها

أي جسم مادي ، بما في ذلك جميع الكائنات الموجودة في الكون ، له مؤشر درجة حرارة دنيا أو حده. بالنسبة للنقطة المرجعية لأي مقياس درجة حرارة ، من المعتاد مراعاة قيمة درجات الحرارة الصفرية المطلقة. لكن هذا من الناحية النظرية فقط. الحركة الفوضوية للذرات والجزيئات ، التي تطلق طاقتها في هذا الوقت ، لم تتوقف بعد من الناحية العملية.

هذا هو السبب الرئيسي لعدم الوصول إلى درجة حرارة الصفر المطلق. لا تزال هناك خلافات حول عواقب هذه العملية. من وجهة نظر الديناميكا الحرارية ، هذا الحد بعيد المنال ، لأن الحركة الحرارية للذرات والجزيئات تتوقف تمامًا ، وتتشكل شبكة بلورية.

يوفر ممثلو فيزياء الكم وجود حد أدنى من التذبذبات عند نقطة الصفر عند درجات حرارة الصفر المطلق.

ما هي قيمة درجة حرارة الصفر المطلق ولماذا لا يمكن الوصول إليها

في المؤتمر العام للأوزان والمقاييس ، ولأول مرة ، تم إنشاء مرجع أو نقطة مرجعية لأدوات القياس التي تحدد مؤشرات درجة الحرارة.

حاليًا ، في النظام الدولي للوحدات ، النقطة المرجعية لمقياس سيليزيوس هي 0 درجة مئوية عند التجميد و 100 درجة مئوية أثناء عملية الغليان ، وقيمة درجات الحرارة الصفرية المطلقة تساوي -273.15 درجة مئوية.

باستخدام قيم درجة الحرارة في مقياس كلفن وفقًا لنفس النظام الدولي للوحدات ، سيحدث غليان الماء بقيمة مرجعية 99.975 درجة مئوية ، والصفر المطلق يساوي 0. يقابل فهرنهايت على المقياس -459.67 درجة.

ولكن ، إذا تم الحصول على هذه البيانات ، فلماذا يكون من المستحيل تحقيق درجات حرارة صفرية مطلقة في الممارسة العملية. للمقارنة ، يمكننا أخذ سرعة الضوء المعروفة للجميع ، والتي تساوي قيمة فيزيائية ثابتة تبلغ 1،079،252،848.8 كم / ساعة.

ومع ذلك ، لا يمكن تحقيق هذه القيمة في الممارسة. يعتمد ذلك على كل من الطول الموجي للإرسال ، وعلى الظروف ، وعلى الامتصاص الضروري لكمية كبيرة من الطاقة بواسطة الجسيمات. للحصول على قيمة درجات الحرارة الصفرية المطلقة ، من الضروري عودة كبيرة للطاقة وغياب مصادرها لمنعها من دخول الذرات والجزيئات.

ولكن حتى في ظروف الفراغ الكامل ، لم يحصل العلماء على سرعة الضوء ولا درجات الحرارة الصفرية المطلقة.

لماذا من الممكن الوصول إلى درجة حرارة تقريبية صفرية ، ولكن ليس مطلقًا

ماذا سيحدث عندما يقترب العلم من تحقيق درجة حرارة منخفضة للغاية للصفر المطلق ، يبقى حتى الآن فقط في نظرية الديناميكا الحرارية وفيزياء الكم. ما هو سبب استحالة الوصول إلى درجة حرارة الصفر المطلق عمليا.

أدت جميع المحاولات المعروفة لتبريد المادة إلى الحد الأدنى بسبب الحد الأقصى لفقدان الطاقة إلى حقيقة أن قيمة السعة الحرارية للمادة وصلت أيضًا إلى قيمة دنيا. لم تكن الجزيئات ببساطة قادرة على إعطاء بقية الطاقة. نتيجة لذلك ، توقفت عملية التبريد قبل أن تصل إلى الصفر المطلق.

عند دراسة سلوك المعادن في ظروف قريبة من قيمة درجات الحرارة الصفرية المطلقة ، 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. فشلت في الوصول إلى الصفر المطلق مرة أخرى.

في عام 2003 ، كان نصف مليار فقط من 1 درجة مئوية مفقودة من الصفر المطلق. استخدم باحثو ناسا جزيء Na لإجراء التجارب ، والتي كانت دائمًا في مجال مغناطيسي وتطلق طاقتها.

كان أقرب ما حققه العلماء من جامعة ييل ، والذي حقق في عام 2014 مؤشرًا قدره 0.0025 كلفن. كان المركب الناتج أحادي فلوريد السترونتيوم (SrF) موجودًا لمدة 2.5 ثانية فقط. وفي النهاية ، ما زال يتفكك إلى ذرات.