Апсолутна нула

Из Википедије, слободне енциклопедије

Апсолутна нула је најнижа могућа температура од које ништа не може бити хладније, јер тада у систему нема топлотне енергије. Једини облик кретања који на апсолутној нули поседују честице, (атоми, молекули...) су осцилације нулте тачке (zero-point energy) наметнуте квантномеханичким принципом неодређености.

Према договору, апсолутна нула је тачно дефинисана као:

  • 0 K на Келвиновој скали, која представња термодинамичку (апсолутну) температурску скалу и
  • –273.15 °C на Целзијусовој скали.

Апсолутна нула је еквивалентна:

  • 0 °R на Ранкиновој (такође термодинамичкој) скали, и
  • –459.67 °F на Фаренхајтовој скали.

Мада се експериментално не може постићи стање са нултом топлотном енергијом, научници су данас успели да се приближе на фантастичних испод милијардитих К. Адијабатским размагнетисавањем нуклеарних спинова фински истраживачи су 1999. постигли у металном родијуму температуру од 100 рК (пико келвина) или 0,0000000001 K. Користећи ласерско хлађење приликом добијања Бозе-Ајнштајновог кондензата научници у НИСТ-у (National Institute of Standards and Technology) су 1994. године постигли температуру од 700 nK (милијардитих делова келвина) а 2003, истраживачи са МИТ-а (Massachusetts Institute of Technology) постигли су нови рекорд везан за Бозе-Ајнштајнов кондензат од 450 pK.

Историја[уреди]

Појам апсолутна нула је вероватно први одредио Гијом Амонтон у другој половини седамнаестог века.

Он је био савременик Бојла и Мариота, који су поставили Бојл-Мариотов закон: Ако притисак неког гаса расте, пропорционално се смањује његова запремина.

Амонтон је проширио њихова истраживања мерењем температуре компримованог гаса. Приметио је да равномерна смањења температуре изазивају пропорционална смањења притиска. Из овог запажања је извео закључак, да би даље смањење температуре довело до тога да притисак гаса, на некој коначној температури, буде једнак нули. Како притисак не може да има негативну вредност, закључио је да најнижа температура, мора да има неку коначну вредност. Његова процена је била да та коначна температура - апсолутна нула има вредност -240 °C.

Касније су Шарл и Геј-Лисак формулисали тај закон у строжем облику. Они су доказали да пад притиска, при опадању температуре за 1 °C износи 273 део притиска, који тај гас има на 0 °C. Тако је апсолутна нула била утврђена на -273 °C.

Где се помиње[уреди]

Апсолутна нула као појам, најчешће се користи у природним наукама, али такође и у друштвеним, нпр. филозофији па у спрези са физиком итд. О апсолутној нули се међу научницима воде различите теоретске полемике зависно од датог гледања на проблем: свемирски, терестијални или субатомски односи.

Апсолутну нулу практично је немогуће достићи али јој се може асимптотски прићи врло близу, данас на мање од милионитог дела келвина. Заблуда је да на апсолутној нули нема кретања. Ово проистиче из Хајзенберговог принципа неодређености, јер уколико би честица мировала у истом тренутку била би позната позиција и количина кретања честице без неодређености. Дакле, на апсолутној нули материја поседује „енергију нулте тачке“ (zero point energy) која, зависно од природе система, може бити транслаторна или вибрациона.

Ознака[уреди]

Ознака за то стање је 0 Келвина (прецизније је, али не и прецизно, рећи стање него температура, кад те температуре нема, односно енергије).

Нула Келвина одговара -273,150 °C (степени Целзијусове скале) и односи се на најнижу температуру коју неки систем може да оствари. Значи, теоретски могуће, али не и практично.

Гас под константним притиском сабија се како се температура смањује. Идеалан гас би на апсолутној нули достигао нулту запремину и нулти притисак. У идеалном гасу атоми имају нулту величину, што код реалних гасова није случај.

Међутим стварни гас се кондензује у течно или чврсто стање на температури знатно пре него што се достигне апсолутна нула.

На апсолутној нули молекуларна енергија система је минимална и не може се транспоновати у друге системе.

Келвинова температурна лествица има апсолутну нулу као свој нулти подељак, а њена основна јединица је келвин. Обележавање се разликује од Целзијусових степена по томе што се не ставља мали кружић ° као код Целзијуса.

Где се користи[уреди]

Резултати Амонтона се користе у расхладним и клима-уређајима. Ту се не иде, наравно, до апсолутне нуле али приципи до којих је дошао - веза између температуре и притиска гаса резултовао је проналаском топлотне машине. Јако ниске температуре се користе и код истраживања суперпроводљивости.

Негативне температуре[уреди]

Vista-xmag.png За више информација погледајте чланак Негативна температура

У извесним полуизолованим системима, на пример у систему спинова у магнетском пољу, могу да се постигну негативне температуре. Међутим, то не значи да су системи тада хладнији од апсолутне нуле. Заправо, такви системи су „топлији од T=∞", јер у контакту са било којим системом, енергија ће истицати из система са негативном температуром.