Apsolutna nula

Iz Vikipedije, slobodne enciklopedije
Skoči na: navigacija, pretraga

Apsolutna nula je najniža moguća temperatura od koje ništa ne može biti hladnije, jer tada u sistemu nema toplotne energije. Jedini oblik kretanja koji na apsolutnoj nuli poseduju čestice, (atomi, molekuli...) su oscilacije nulte tačke (zero-point energy) nametnute kvantnomehaničkim principom neodređenosti.

Prema dogovoru, apsolutna nula je tačno definisana kao:

  • 0 K na Kelvinovoj skali, koja predstavnja termodinamičku (apsolutnu) temperatursku skalu i
  • –273.15 °C na Celzijusovoj skali.

Apsolutna nula je ekvivalentna:

  • 0 °R na Rankinovoj (takođe termodinamičkoj) skali, i
  • –459.67 °F na Farenhajtovoj skali.

Mada se eksperimentalno ne može postići stanje sa nultom toplotnom energijom, naučnici su danas uspeli da se približe na fantastičnih ispod milijarditih K. Adijabatskim razmagnetisavanjem nuklearnih spinova finski istraživači su 1999. postigli u metalnom rodijumu temperaturu od 100 rK (piko kelvina) ili 0,0000000001 K. Koristeći lasersko hlađenje prilikom dobijanja Boze-Ajnštajnovog kondenzata naučnici u NIST-u (National Institute of Standards and Technology) su 1994. godine postigli temperaturu od 700 nK (milijarditih delova kelvina) a 2003, istraživači sa MIT-a (Massachusetts Institute of Technology) postigli su novi rekord vezan za Boze-Ajnštajnov kondenzat od 450 pK.

Istorija[uredi]

Pojam apsolutna nula je verovatno prvi odredio Gijom Amonton u drugoj polovini sedamnaestog veka.

On je bio savremenik Bojla i Mariota, koji su postavili Bojl-Mariotov zakon: Ako pritisak nekog gasa raste, proporcionalno se smanjuje njegova zapremina.

Amonton je proširio njihova istraživanja merenjem temperature komprimovanog gasa. Primetio je da ravnomerna smanjenja temperature izazivaju proporcionalna smanjenja pritiska. Iz ovog zapažanja je izveo zaključak, da bi dalje smanjenje temperature dovelo do toga da pritisak gasa, na nekoj konačnoj temperaturi, bude jednak nuli. Kako pritisak ne može da ima negativnu vrednost, zaključio je da najniža temperatura, mora da ima neku konačnu vrednost. Njegova procena je bila da ta konačna temperatura - apsolutna nula ima vrednost -240°S.

Kasnije su Šarl i Gej-Lisak formulisali taj zakon u strožem obliku. Oni su dokazali da pad pritiska, pri opadanju temperature za 1°S iznosi 273 deo pritiska, koji taj gas ima na 0°S. Tako je apsolutna nula bila utvrđena na -273°S.

Gde se pominje[uredi]

Apsolutna nula kao pojam, najčešće se koristi u prirodnim naukama, ali takođe i u društvenim, npr. filozofiji pa u sprezi sa fizikom itd. O apsolutnoj nuli se među naučnicima vode različite teoretske polemike zavisno od datog gledanja na problem: svemirski, terestijalni ili subatomski odnosi.

Apsolutnu nulu praktično je nemoguće dostići ali joj se može asimptotski prići vrlo blizu, danas na manje od milionitog dela kelvina. Zabluda je da na apsolutnoj nuli nema kretanja. Ovo proističe iz Hajzenbergovog principa neodređenosti, jer ukoliko bi čestica mirovala u istom trenutku bila bi poznata pozicija i količina kretanja čestice bez neodređenosti. Dakle, na apsolutnoj nuli materija poseduje „energiju nulte tačke“ (zero point energy) koja, zavisno od prirode sistema, može biti translatorna ili vibraciona.

Oznaka[uredi]

Oznaka za to stanje je 0 Kelvina (preciznije je, ali ne i precizno, reći stanje nego temperatura, kad te temperature nema, odnosno energije).

Nula Kelvina odgovara -273,150 °S (stepeni Celzijusove skale) i odnosi se na najnižu temperaturu koju neki sistem može da ostvari. Znači, teoretski moguće, ali ne i praktično.

Gas pod konstantnim pritiskom sabija se kako se temperatura smanjuje. Idealan gas bi na apsolutnoj nuli dostigao nultu zapreminu i nulti pritisak. U idealnom gasu atomi imaju nultu veličinu, što kod realnih gasova nije slučaj.

Međutim stvarni gas se kondenzuje u tečno ili čvrsto stanje na temperaturi znatno pre nego što se dostigne apsolutna nula.

Na apsolutnoj nuli molekularna energija sistema je minimalna i ne može se transponovati u druge sisteme.

Kelvinova temperaturna lestvica ima apsolutnu nulu kao svoj nulti podeljak, a njena osnovna jedinica je kelvin. Obeležavanje se razlikuje od Celzijusovih stepena po tome što se ne stavlja mali kružić ° kao kod Celzijusa.

Gde se koristi[uredi]

Rezultati Amontona se koriste u rashladnim i klima-uređajima. Tu se ne ide, naravno, do apsolutne nule ali pricipi do kojih je došao - veza između temperature i pritiska gasa rezultovao je pronalaskom toplotne mašine. Jako niske temperature se koriste i kod istraživanja superprovodljivosti.

Negativne temperature[uredi]

Vista-xmag.png Za više informacija pogledajte članak Negativna temperatura

U izvesnim poluizolovanim sistemima, na primer u sistemu spinova u magnetskom polju, mogu da se postignu negativne temperature. Međutim, to ne znači da su sistemi tada hladniji od apsolutne nule. Zapravo, takvi sistemi su „topliji od T=∞", jer u kontaktu sa bilo kojim sistemom, energija će isticati iz sistema sa negativnom temperaturom.