Оглавление
- 1 Абсолютный ноль
- 1.1 Абсолютный ноль и его свойства
- 1.2 Определение и измерение
- 1.3 Термодинамика и абсолютный ноль
- 1.4 Идеальные кристаллы и их свойства
- 1.5 Ферми-газ и его свойства
- 1.6 Конденсат Бозе–Эйнштейна
- 1.7 Шкала абсолютных температур
- 1.8 Отрицательные температуры
- 1.9 История изучения абсолютного нуля
- 1.10 Закон Чарльза и шкала Кельвина
- 1.11 Достижения в сжижении газов
- 1.12 Современные достижения
- 1.13 Охлаждение молекул в Массачусетском технологическом институте
- 1.14 Эксперимент на МКС
- 1.15 Потенциальные температуры на МКС
- 1.16 Текущий мировой рекорд
- 1.17 Полный текст статьи:
- 2 Абсолютный ноль
Абсолютный ноль
-
Абсолютный ноль и его свойства
- Абсолютный ноль — это нижний предел термодинамической температурной шкалы.
- При абсолютном нуле энтальпия и энтропия идеального газа достигают минимума.
- Фундаментальные частицы сохраняют только квантово-механическое движение.
-
Определение и измерение
- Абсолютный ноль равен 0 кельвинам (0 °C, -459,67 °F).
- Температурные шкалы Кельвина и Ренкина устанавливают свои нулевые точки на абсолютном нуле.
-
Термодинамика и абсолютный ноль
- При абсолютном нуле почти все молекулярные движения прекращаются.
- Энтропия идеального кристалла обращается в нуль при абсолютном нуле.
- Адиабата — это состояние с постоянной энтропией.
-
Идеальные кристаллы и их свойства
- Идеальные кристаллы не встречаются на практике.
- Дефекты и включения могут “застывать” при низких температурах.
- Удельная теплоемкость и энтропия чистого кристалла снижаются до нуля при абсолютном нуле.
-
Ферми-газ и его свойства
- Электроны в металлах при абсолютном нуле ведут себя как ферми-газ.
- Максимальная энергия электронов при абсолютном нуле называется энергией Ферми.
- Температура Ферми составляет порядка 80 000 К.
-
Конденсат Бозе–Эйнштейна
- Конденсат Бозе–Эйнштейна — это состояние вещества при температурах, близких к абсолютному нулю.
- Бозоны занимают низшее квантовое состояние внешнего потенциала.
- В 1995 году был получен первый газообразный конденсат.
-
Шкала абсолютных температур
- Абсолютная температура измеряется в Кельвинах и по шкале Ренкина.
- Измерение абсолютной температуры определяется мультипликативной константой.
-
Отрицательные температуры
- Температуры, выраженные в отрицательных числах, холоднее нулевых значений шкал Цельсия и Фаренгейта.
- Системы с отрицательной температурой более горячие, чем системы с положительной температурой.
- Большинство систем не могут достичь отрицательных температур из-за увеличения энтропии при добавлении энергии.
-
История изучения абсолютного нуля
- Роберт Бойль первым обсудил возможность существования абсолютной минимальной температуры.
- Гийом Амонтон предложил использовать воздушный термометр для определения нулевой точки.
- Иоганн Генрих Ламберт усовершенствовал шкалу Амонтона, установив ноль на -273,15 °C.
-
Закон Чарльза и шкала Кельвина
- Жак Шарль, Джон Дальтон и Жозеф Луи Гей-Люссак определили закон расширения газов.
- Лорд Кельвин разработал шкалу абсолютной температуры, основанную на теории Карно.
- Ноль шкалы Кельвина был установлен на -273 °C.
-
Достижения в сжижении газов
- Майкл Фарадей достиг -130 °C, сжижая газы.
- Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс доказал возможность сжижения газов при высоких давлениях.
- Луи Поль Кайе и Рауль Пикте получили жидкий воздух при -195 °C.
- Джеймс Дьюар и Хейке Камерлинг Оннес достигли рекордных температур для водорода и гелия.
-
Современные достижения
- В 2000 году зарегистрированы температуры ядерного спина ниже 100 пикокельвинов.
- В 2003 году туманность Бумеранг достигла температуры 1 К.
- В 2003 году открыта 90377 Седна с температурой поверхности -240 °C.
- В 2013 году Ульрих Шнайдер достиг температуры ниже абсолютного нуля в газах.
- В 2014 году ученые из CUORE охладили медный сосуд до 0,006 К.
-
Охлаждение молекул в Массачусетском технологическом институте
- В июне 2015 года физики охладили молекулы в натриево-калиевом растворе до 500 нанокельвинов
- Ожидается, что дальнейшее охлаждение приведет к экзотическому состоянию вещества
-
Эксперимент на МКС
- В 2017 году разработан прибор для запуска на МКС в 2018 году
- Прибор создал чрезвычайно холодные условия в условиях микрогравитации
- Образовался конденсат Бозе-Эйнштейна
-
Потенциальные температуры на МКС
- В космической лаборатории могут быть достигнуты температуры до 1 пикокельвина
- Это может способствовать исследованию квантово-механических явлений и проверке фундаментальных законов физики
-
Текущий мировой рекорд
- В 2021 году установлен рекорд по эффективным температурам в 38 пикокельвинов
- Рекорд достигнут благодаря волновому линзированию рубидиевых конденсатов Бозе-Эйнштейна