Zero bezwzględne
Zero bezwzględne (temperatura zera bezwzględnego) jest to temperatura równa zero w termodynamicznej skali temperatur, czyli jest to temperatura, w której wszystkie elementy układu termodynamicznego uzyskują najniższą z możliwych energii. Temperatura ta odpowiada ok. -273,15 °C = 0 K.
Spis treści |
Historia
Określenie zero bezwzględne zostało zaproponowane przez Guillaume Amontons w 1702, jako wniosek z zależności ciśnienia gazów od ich temperatury. Zauważył, że ciśnienie jest proporcjonalne do temperatury pomniejszonej o stałą wartość jednakową dla wszystkich gazów.
W 1848 roku Lord Kelvin zaproponował by temperaturę wyrażać jako temperaturę bezwzględną eliminując w ten sposób z wielu wzorów stałą, którą trzeba odejmować od temperatury. Temperatura zera bezwględnego została przez Lorda Kelvina wyznaczona na podstawie teoretycznych obliczeń temperatury kryształu doskonałego, w którym ustały wszelkie drgania tworzących ją cząsteczek.
W roku 2003 zespół naukowców z Massachusetts Institute of Technology w Cambridge: A.E. Leanhardt, T.A. Pasquini, M. Saba, A. Schirotzek, Y. Shin, D. Kielpinski, D.E. Pritchard i W. Ketterle osiągnęli do tej pory najniższą mechanicznie otrzymaną temperaturę 450 pikokelwinów.
Teorie kinetyczne
Temperatura zera bezwzględnego jest teoretyczną granicą do jakiej można ochłodzić układ termodynamiczny, wynika to z trzeciej zasady termodynamiki. Warto zwrócić uwagę, że w temperaturze absolutnego zera wszystkie substancje musiałyby być kryształami doskonałymi i z tego względu temperatura ta nie może być osiągnięta przez żadne rzeczywiste ciało.
Temperatury ujemne
Według definicji temperatury opartej na entropii, możliwe jest istnienie ujemnych temperatur w skali Kelwina. Sytuacja taka występuje gdy dostarczanie energii do układu powoduje spadek entropii czyli wzrost uporządkowania w układzie. Sytuacji takiej nie można uzyskać w wyniku ochładzania, ale występuje ona w ośrodku z inwersją obsadzeń np. w napompowanym ośrodku laserowym. W ośrodku tym można określić temperaturę układu elektronów w atomach, gdy większość elektronów jest w górnym stanie energetycznym, to dodawanie energii (pompowanie ośrodka) jeszcze zwiększa ilość elektronów w górnym stanie, czyli poprawia porządek, co oznacza, że zwiększenie energii powoduje spadek entropii, a taka sytuacja oznacza występowanie temperatury ujemnej. Tak określona temperatura nie jest temperaturą substancji, w której zachodzi to zjawisko, energia atomów jako układu termodynamicznego ma temperaturę bezwzgledną dodatnią. Te dwa układy termodynamiczne są w kontakcie, a w wyniku zderzeń między atomami energia elektronów może być przekształcona na energię kinetyczną atomów. Dlatego ten układ jako całość nie jest stabilny.
Zobacz też
Kategorie
Termodynamika