อุณหภูมิเป็นศูนย์ เหตุใดจึงไม่สามารถเข้าถึงอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ได้
เมื่อรายงานสภาพอากาศคาดการณ์ว่าอุณหภูมิใกล้ศูนย์ คุณไม่ควรไปลานสเก็ต เพราะน้ำแข็งจะละลาย อุณหภูมิหลอมละลายของน้ำแข็งอยู่ที่ 0 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นระดับอุณหภูมิที่พบบ่อยที่สุด
เราคุ้นเคยกับค่าลบองศาเซลเซียสสเกล-องศาเซลเซียส<ниже
нуля>, องศาความเย็น. อุณหภูมิต่ำสุดบนโลกบันทึกไว้ในทวีปแอนตาร์กติกา: -88.3°C อุณหภูมิที่ต่ำกว่านั้นก็เป็นไปได้นอกโลก บนพื้นผิวดวงจันทร์ในเวลาเที่ยงคืนของดวงจันทร์ อุณหภูมิอาจสูงถึง -160°C
แต่อุณหภูมิที่ต่ำโดยพลการไม่สามารถมีได้ทุกที่
อุณหภูมิที่ต่ำมาก - ศูนย์สัมบูรณ์ - สอดคล้องกับ - 273.16° ในระดับเซลเซียส
ระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์หรือระดับเคลวินมีต้นกำเนิดจากศูนย์สัมบูรณ์ น้ำแข็งละลายที่ 273.16° เคลวิน และน้ำเดือดที่ 373.16° K ดังนั้น องศา K เท่ากับ องศา C แต่ในระดับเคลวิน อุณหภูมิทั้งหมดจะเป็นค่าบวก
ทำไม 0°K ถึงเป็นขีดจำกัดความเย็น?<пляска>ความร้อนคือการเคลื่อนที่อย่างวุ่นวายของอะตอมและโมเลกุลของสาร เมื่อสารเย็นลง พลังงานความร้อนจะถูกกำจัดออกไป และการเคลื่อนที่แบบสุ่มของอนุภาคจะลดลง ในที่สุดก็มีความเย็นจัดความร้อน
อนุภาคจะหยุดเกือบสมบูรณ์ อะตอมและโมเลกุลจะแข็งตัวอย่างสมบูรณ์ที่อุณหภูมิซึ่งถือเป็นศูนย์สัมบูรณ์<идти медленнее, чем стоять на месте>.
ตามหลักการของกลศาสตร์ควอนตัม ที่ศูนย์สัมบูรณ์ การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอนุภาคจะหยุดลง แต่ตัวอนุภาคเองจะไม่แข็งตัว เนื่องจากพวกมันไม่สามารถอยู่นิ่งสนิทได้ ดังนั้น ที่ศูนย์สัมบูรณ์ อนุภาคจะต้องคงการเคลื่อนที่บางประเภทไว้ ซึ่งเรียกว่าการเคลื่อนที่เป็นศูนย์
อย่างไรก็ตาม การทำให้สารเย็นลงที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์สัมบูรณ์ถือเป็นแนวคิดที่ไม่มีความหมายเท่ากับความตั้งใจ
การแช่แข็งสารนั้นยากกว่าการให้ความร้อน สิ่งนี้สามารถเห็นได้จากการเปรียบเทียบการออกแบบเตาและตู้เย็น
ในตู้เย็นในครัวเรือนและอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ความร้อนจะถูกกำจัดออกไปเนื่องจากการระเหยของของเหลวพิเศษ - ฟรีออนซึ่งไหลเวียนผ่านท่อโลหะ ความลับก็คือฟรีออนสามารถคงอยู่ในสถานะของเหลวได้ที่อุณหภูมิต่ำเพียงพอเท่านั้น ในช่องตู้เย็นเนื่องจากความร้อนของห้อง มันจึงร้อนขึ้นและเดือดจนกลายเป็นไอน้ำ แต่ไอน้ำจะถูกบีบอัดโดยคอมเพรสเซอร์ ทำให้กลายเป็นของเหลวและเข้าสู่เครื่องระเหย เพื่อเติมเต็มการสูญเสียฟรีออนที่ระเหยไป พลังงานถูกใช้ไปเพื่อใช้งานคอมเพรสเซอร์
ในอุปกรณ์ทำความเย็นแบบลึก ตัวพาความเย็นนั้นเป็นของเหลวที่มีความเย็นเป็นพิเศษ - ฮีเลียมเหลว ไม่มีสี สว่าง (เบากว่าน้ำ 8 เท่า) เดือดภายใต้ความดันบรรยากาศที่ 4.2°K และในสุญญากาศที่อุณหภูมิ 0.7°K ไอโซโทปฮีเลียมแสงจะได้อุณหภูมิที่ต่ำกว่านี้: 0.3°K
การตั้งตู้เย็นฮีเลียมถาวรนั้นค่อนข้างยาก
การวิจัยดำเนินการง่ายๆ ในอ่างที่มีฮีเลียมเหลว และเพื่อทำให้ก๊าซนี้กลายเป็นของเหลว นักฟิสิกส์ใช้เทคนิคที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น พวกมันจะขยายฮีเลียมที่ระบายความร้อนล่วงหน้าและฮีเลียมอัด โดยปล่อยฮีเลียมผ่านรูบาง ๆ เข้าไปในห้องสุญญากาศ ในเวลาเดียวกัน อุณหภูมิจะลดลงอีก และก๊าซบางส่วนก็กลายเป็นของเหลว มันมีประสิทธิภาพมากกว่าไม่เพียง แต่จะขยายก๊าซเย็นเท่านั้น แต่ยังบังคับให้มันทำงานด้วย - ขยับลูกสูบ
ฮีเลียมเหลวที่เกิดขึ้นจะถูกเก็บไว้ในกระติกน้ำร้อนพิเศษ - ขวด Dewar
ราคาของของเหลวที่เย็นมากนี้ (ของเหลวเดียวที่ไม่แข็งตัวที่ศูนย์สัมบูรณ์) กลายเป็นว่าค่อนข้างสูง อย่างไรก็ตาม ฮีเลียมเหลวมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นเรื่อยๆ ในทุกวันนี้ ไม่เพียงแต่ในด้านวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงในอุปกรณ์ทางเทคนิคต่างๆ ด้วย
อุณหภูมิต่ำสุดทำได้ในลักษณะที่แตกต่างออกไป ปรากฎว่าโมเลกุลของเกลือบางชนิด เช่น โพแทสเซียมโครเมียมสารส้ม สามารถหมุนไปตามเส้นแรงแม่เหล็กได้ เกลือนี้ถูกทำให้เย็นลงล่วงหน้าด้วยฮีเลียมเหลวจนถึง 1°K และวางไว้ในสนามแม่เหล็กแรงสูง ในกรณีนี้ โมเลกุลจะหมุนไปตามเส้นแรง และความร้อนที่ปล่อยออกมาจะถูกนำออกไปโดยฮีเลียมเหลว จากนั้นสนามแม่เหล็กจะถูกลบออกอย่างกะทันหัน โมเลกุลจะหมุนไปในทิศทางที่ต่างกันอีกครั้ง และถูกใช้จ่ายไป
สารที่ถูกแช่แข็งจนถึงอุณหภูมิต่ำมากในอ่างฮีเลียมเหลวจะเปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัด ยางจะเปราะ ตะกั่วจะแข็งเหมือนเหล็กและยืดหยุ่น โลหะผสมหลายชนิดเพิ่มความแข็งแรง
ฮีเลียมเหลวนั้นมีพฤติกรรมแปลกประหลาด ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 2.2° K จะได้คุณสมบัติที่ไม่เคยมีมาก่อนสำหรับของเหลวธรรมดา - สภาพของเหลวยิ่งยวด: บางส่วนสูญเสียความหนืดไปโดยสิ้นเชิงและไหลผ่านรอยแตกที่แคบที่สุดโดยไม่มีการเสียดสี
ปรากฏการณ์นี้ถูกค้นพบในปี 1937 โดย P. JI นักวิชาการฟิสิกส์ชาวโซเวียต
กะปิตสาจึงได้รับการอธิบายโดยนักวิชาการเจไอ ดี. แลนเดา.
ปรากฎว่าที่อุณหภูมิต่ำมาก กฎควอนตัมของพฤติกรรมของสสารเริ่มมีผลที่เห็นได้ชัดเจน ตามที่กฎหมายข้อใดข้อหนึ่งกำหนดไว้ พลังงานสามารถถ่ายโอนจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายได้เฉพาะในส่วนที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนเท่านั้น นั่นก็คือควอนตัม ควอนตัมความร้อนในฮีเลียมเหลวมีน้อยมากจนไม่เพียงพอสำหรับอะตอมทั้งหมด ส่วนของของเหลวที่ปราศจากควอนตัมความร้อนจะคงอยู่ราวกับอุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์ อะตอมของมันไม่มีส่วนร่วมในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนแบบสุ่มเลยและไม่มีปฏิกิริยาใด ๆ กับผนังของภาชนะ ส่วนนี้ (เรียกว่าฮีเลียม-H) มีความไหลยิ่งยวด เมื่ออุณหภูมิลดลง ฮีเลียม-P จะมีมากขึ้นเรื่อยๆ และเมื่อถึงศูนย์สัมบูรณ์ ฮีเลียมทั้งหมดจะกลายเป็นฮีเลียม-H
ความเป็นตัวนำยิ่งยวด
ใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ การเปลี่ยนแปลงที่น่าสนใจอย่างมากเกิดขึ้นในคุณสมบัติทางไฟฟ้าของวัสดุบางชนิด
ในปี 1911 Kamerlingh Onnes นักฟิสิกส์ชาวดัตช์ได้ค้นพบโดยไม่คาดคิด: ปรากฎว่าที่อุณหภูมิ 4.12 ° K ความต้านทานไฟฟ้าในปรอทจะหายไปอย่างสมบูรณ์ ดาวพุธกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด<гроб Магомета>กระแสไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำในวงแหวนตัวนำยิ่งยวดจะไม่ตายและสามารถไหลได้เกือบตลอดไป
เหนือวงแหวนดังกล่าว ลูกบอลตัวนำยิ่งยวดจะลอยอยู่ในอากาศและไม่ตกเหมือนในเทพนิยาย
อุณหภูมิที่ตัวนำยิ่งยวดปรากฏ (อุณหภูมิวิกฤติ) ครอบคลุมช่วงค่อนข้างกว้าง - ตั้งแต่ 0.35° K (แฮฟเนียม) ถึง 18° K (โลหะผสมไนโอเบียม-ดีบุก)
ปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวด เช่น ซุปเปอร์-
มีการศึกษาความลื่นไหลอย่างละเอียด พบการพึ่งพาอุณหภูมิวิกฤตต่อโครงสร้างภายในของวัสดุและสนามแม่เหล็กภายนอก
ทฤษฎีเชิงลึกของความเป็นตัวนำยิ่งยวดได้รับการพัฒนา (การสนับสนุนที่สำคัญเกิดขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียต N. N. Bogolyubov)
สาระสำคัญของปรากฏการณ์ที่ขัดแย้งกันนี้คือควอนตัมล้วนๆ ที่อุณหภูมิต่ำมาก อิเล็กตรอนจะเข้ามา<танцуя>ตัวนำยิ่งยวดก่อตัวเป็นระบบของอนุภาคที่ถูกจับกันเป็นคู่ซึ่งไม่สามารถให้พลังงานแก่โครงตาข่ายคริสตัลหรือพลังงานควอนตัมที่สิ้นเปลืองไปเมื่อให้ความร้อน คู่ของอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ราวกับว่า<прутьями решетки>, ระหว่าง
- ไอออนและบายพาสพวกมันโดยไม่เกิดการชนและการถ่ายโอนพลังงาน
การนำยิ่งยวดถูกนำมาใช้มากขึ้นในเทคโนโลยี
ตัวอย่างเช่นในทางปฏิบัติมีการใช้โซลินอยด์ตัวนำยิ่งยวด - คอยล์ของตัวนำยิ่งยวดที่แช่อยู่ในฮีเลียมเหลว เมื่อกระแสเหนี่ยวนำและเป็นผลให้สนามแม่เหล็กสามารถเก็บไว้ในนั้นได้นานเท่าที่ต้องการ<шумы>มันมีขนาดมหึมา - มากกว่า 100,000 ตัว ในอนาคตอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดทางอุตสาหกรรมที่ทรงพลังจะปรากฏขึ้นอย่างไม่ต้องสงสัย - มอเตอร์ไฟฟ้าแม่เหล็กไฟฟ้า ฯลฯ<Пути электроники>).
ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางวิทยุ แอมพลิฟายเออร์ที่มีความไวสูงเป็นพิเศษและเครื่องกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งทำงานได้ดีเป็นพิเศษในอ่างที่มีฮีเลียมเหลวเริ่มมีบทบาทสำคัญ - ภายในนั้น
ไม่ใช่เรื่องยากเลยที่จะจินตนาการว่าการเลื่อนการทำงานของอุปกรณ์ดังกล่าวไปสู่บริเวณที่มีอุณหภูมิสูงกว่าและเข้าถึงได้มากขึ้นนั้นน่าดึงดูดใจเพียงใด เมื่อเร็ว ๆ นี้ความหวังในการสร้างตัวนำยิ่งยวดของฟิล์มโพลีเมอร์ได้ถูกค้นพบแล้ว ลักษณะเฉพาะของการนำไฟฟ้าในวัสดุดังกล่าวถือเป็นโอกาสอันยอดเยี่ยมในการรักษาความเป็นตัวนำยิ่งยวดแม้ในอุณหภูมิห้อง นักวิทยาศาสตร์กำลังมองหาวิธีที่จะบรรลุความหวังนี้อย่างต่อเนื่อง
ในส่วนลึกของดวงดาว
สารที่มีความร้อนมากไม่สามารถเป็นได้ทั้งของแข็ง ของเหลว และก๊าซ อยู่ในสถานะพลาสมา กล่าวคือ เป็นส่วนผสมของประจุไฟฟ้า<осколков>อะตอม - นิวเคลียสของอะตอมและอิเล็กตรอน
พลาสมาเป็นสถานะของสสารที่มีลักษณะเฉพาะ เนื่องจากอนุภาคมีประจุไฟฟ้า จึงมีความไวต่อแรงไฟฟ้าและแม่เหล็ก ดังนั้นความใกล้ชิดของนิวเคลียสของอะตอมสองตัว (พวกมันมีประจุบวก) จึงเป็นปรากฏการณ์ที่หาได้ยาก เฉพาะที่ความหนาแน่นสูงและอุณหภูมิสูงเท่านั้นที่นิวเคลียสของอะตอมจะชนกันจึงสามารถเข้ามาใกล้กันได้ จากนั้นปฏิกิริยาแสนสาหัสก็เกิดขึ้นซึ่งเป็นแหล่งพลังงานสำหรับดวงดาว
ดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เรามากที่สุดคือดวงอาทิตย์ประกอบด้วยไฮโดรเจนพลาสมาเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งถูกให้ความร้อนในลำไส้ของดาวฤกษ์ถึง 10 ล้านองศา ภายใต้สภาวะดังกล่าว จะเกิดการเผชิญหน้ากันอย่างใกล้ชิดของนิวเคลียสไฮโดรเจน - โปรตอนที่รวดเร็ว แม้ว่าจะพบได้ยากก็ตาม บางครั้งโปรตอนที่เข้ามาใกล้จะมีปฏิกิริยาโต้ตอบ: เมื่อเอาชนะแรงผลักทางไฟฟ้า พวกมันจะตกอยู่ในพลังของแรงดึงดูดนิวเคลียร์ขนาดยักษ์อย่างรวดเร็ว<падают>ซ้อนทับกันและรวมเข้าด้วยกัน ที่นี่การปรับโครงสร้างใหม่เกิดขึ้นทันที: แทนที่จะเป็นโปรตอนสองตัว ดิวเทอรอน (นิวเคลียสของไอโซโทปไฮโดรเจนหนัก) ปรากฏขึ้น โพซิตรอนและนิวตริโน พลังงานที่ปล่อยออกมาคือ 0.46 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV)
โปรตอนสุริยะแต่ละตัวสามารถเกิดปฏิกิริยาดังกล่าวได้โดยเฉลี่ยทุกๆ 14 พันล้านปี แต่มีโปรตอนจำนวนมากในลำไส้ของแสง เหตุการณ์ที่ไม่น่าเป็นไปได้นี้เกิดขึ้นที่นี่และที่นั่น และดาวของเราก็เผาไหม้ด้วยเปลวไฟที่สุกใสสม่ำเสมอ
การสังเคราะห์ดิวเทอรอนเป็นเพียงก้าวแรกของการเปลี่ยนแปลงแสนสาหัสจากแสงอาทิตย์
ดิวเทอรอนแรกเกิดเร็วๆ นี้ (โดยเฉลี่ยหลังจากผ่านไป 5.7 วินาที) จะรวมตัวกับโปรตอนอีกตัวหนึ่ง นิวเคลียสฮีเลียมแสงและควอนตัมแกมมาของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าปรากฏขึ้น ปล่อยพลังงานออกมา 5.48 MeV
ในที่สุด โดยเฉลี่ยทุกๆ ล้านปี นิวเคลียสฮีเลียมเบา 2 นิวเคลียสสามารถมาบรรจบกันและรวมกันได้ จากนั้นนิวเคลียสของฮีเลียมธรรมดา (อนุภาคอัลฟา) จะถูกสร้างขึ้น และโปรตอนสองตัวจะถูกแยกออก ปล่อยพลังงานออกมา 12.85 MeV<конвейер>สามขั้นตอนนี้<сгорает>ปฏิกิริยาแสนสาหัสไม่ได้เป็นเพียงปฏิกิริยาเดียวเท่านั้น<золу>มีการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์อีกสายหนึ่งซึ่งเร็วกว่า นิวเคลียสอะตอมของคาร์บอนและไนโตรเจนมีส่วนร่วม (โดยไม่ต้องบริโภค) แต่ในทั้งสองตัวเลือก อนุภาคอัลฟาถูกสังเคราะห์จากนิวเคลียสของไฮโดรเจน หากพูดเป็นรูปเป็นร่าง พลาสมาไฮโดรเจนของดวงอาทิตย์
ทุก ๆ วินาที ดวงอาทิตย์ปล่อยพลังงานออกมา 4,1,033 เอิร์ก โดยสูญเสียน้ำหนักสสารไป 4,1,012 กรัม (4 ล้านตัน) แต่มวลรวมของดวงอาทิตย์คือ 2,1027 ตัน ซึ่งหมายความว่าในอีกล้านปีข้างหน้า ต้องขอบคุณรังสี<худеет>เพียงหนึ่งในสิบล้านของมวลเท่านั้น ตัวเลขเหล่านี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงประสิทธิผลของปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์และค่าความร้อนมหาศาลของพลังงานแสงอาทิตย์<горючего>- ไฮโดรเจน
เห็นได้ชัดว่าฟิวชั่นเทอร์โมนิวเคลียร์เป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับดาวฤกษ์ทุกดวง<зола>ที่อุณหภูมิและความหนาแน่นภายในดาวฤกษ์ต่างกัน ปฏิกิริยาประเภทต่างๆ จะเกิดขึ้น โดยเฉพาะแสงอาทิตย์<горючим>-ฮีเลียมนิวเคลียส - ที่ 100 ล้านองศา ตัวมันเองจะกลายเป็นเทอร์โมนิวเคลียร์
- จากนั้นแม้แต่นิวเคลียสของอะตอมที่หนักกว่า เช่น คาร์บอนและแม้แต่ออกซิเจน ก็สามารถสังเคราะห์ได้จากอนุภาคแอลฟาได้<Вселенная вчера, сегодня и завтра>).
มุ่งหน้าสู่ดวงอาทิตย์เทียม<горючего>ค่าความร้อนพิเศษของเทอร์โมนิวเคลียร์
<Горючего>กระตุ้นให้นักวิทยาศาสตร์บรรลุการนำปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันไปใช้จริง
- มีไอโซโทปไฮโดรเจนมากมายบนโลกของเรา ตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจนทริเทียมที่มีมวลยิ่งยวดสามารถผลิตได้จากโลหะลิเธียมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และไฮโดรเจนหนัก-ดิวเทอเรียมก็เป็นส่วนหนึ่งของน้ำหนักซึ่งสามารถสกัดได้จากน้ำธรรมดา
ไฮโดรเจนหนักที่สกัดจากน้ำธรรมดาสองแก้วจะผลิตพลังงานในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสได้มากเท่ากับที่ผลิตได้จากการเผาไหม้น้ำมันเบนซินคุณภาพเยี่ยมหนึ่งถัง<горючее>ความยากคือการอุ่นเครื่อง
จนถึงอุณหภูมิที่สามารถจุดติดไฟได้ด้วยไฟแสนสาหัสอันทรงพลัง<воспламеняясь>ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขครั้งแรกในระเบิดไฮโดรเจน ไอโซโทปไฮโดรเจนนั้นถูกจุดติดไฟโดยการระเบิดของระเบิดปรมาณูซึ่งมาพร้อมกับการให้ความร้อนของสสารถึงหลายสิบล้านองศา ในระเบิดไฮโดรเจนรุ่นหนึ่ง เชื้อเพลิงแสนสาหัสเป็นสารประกอบทางเคมีของไฮโดรเจนหนักที่มีลิเธียมดิวเทอไรด์เบา - ลิเธียมดิวเทอไรด์เบา ผงสีขาวนี้คล้ายกับเกลือแกง<спички>จาก
ซึ่งเป็นระเบิดปรมาณูระเบิดทันทีและสร้างอุณหภูมิหลายร้อยล้านองศา
เราได้กล่าวไปแล้วว่าเป็นการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่วุ่นวายซึ่งสร้างความร้อนให้กับร่างกายและพลังงานเฉลี่ยของการเคลื่อนที่แบบสุ่มนั้นสอดคล้องกับอุณหภูมิ การอุ่นร่างกายให้เย็นหมายถึงการสร้างความผิดปกตินี้ในทางใดทางหนึ่ง
ลองนึกภาพนักวิ่งสองกลุ่มวิ่งเข้าหากัน ดังนั้นพวกเขาจึงปะทะกัน ปะปนกัน ความหลงใหลและความสับสนเริ่มขึ้น
วุ่นวายมาก!
ในทำนองเดียวกัน ในตอนแรกนักฟิสิกส์พยายามที่จะได้รับอุณหภูมิสูงโดยการชนกับไอพ่นก๊าซแรงดันสูง ก๊าซร้อนถึง 10,000 องศา ครั้งหนึ่งสิ่งนี้เป็นบันทึก: อุณหภูมิสูงกว่าบนพื้นผิวดวงอาทิตย์
แต่ด้วยวิธีนี้ การให้ความร้อนของก๊าซโดยไม่ระเบิดค่อนข้างช้าและไม่ระเบิดนั้นเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากความผิดปกติของความร้อนจะแพร่กระจายไปทุกทิศทางในทันที ทำให้ผนังของห้องทดลองและสิ่งแวดล้อมอุ่นขึ้น ความร้อนที่เกิดขึ้นจะออกจากระบบอย่างรวดเร็วและไม่สามารถแยกออกจากระบบได้
หากไอพ่นก๊าซถูกแทนที่ด้วยกระแสพลาสมา ปัญหาของฉนวนกันความร้อนยังคงยากมาก แต่ก็มีความหวังในการแก้ปัญหาเช่นกัน
จริงอยู่ที่พลาสมาไม่สามารถป้องกันการสูญเสียความร้อนได้ด้วยภาชนะที่ทำจากแม้แต่สารที่ทนไฟได้มากที่สุด เมื่อสัมผัสกับผนังทึบ พลาสมาร้อนจะเย็นลงทันที แต่คุณสามารถลองจับและให้ความร้อนพลาสมาได้โดยสร้างการสะสมในสุญญากาศเพื่อไม่ให้สัมผัสกับผนังห้อง แต่แขวนอยู่ในความว่างเปล่าโดยไม่สัมผัสอะไรเลย ในที่นี้เราควรใช้ประโยชน์จากข้อเท็จจริงที่ว่าอนุภาคพลาสมาไม่เป็นกลางเหมือนอะตอมของก๊าซ แต่มีประจุไฟฟ้า ดังนั้นเมื่อเคลื่อนที่จึงสัมผัสกับแรงแม่เหล็ก ภารกิจเกิดขึ้น: สร้างสนามแม่เหล็กที่มีโครงสร้างพิเศษซึ่งพลาสมาร้อนจะแขวนราวกับอยู่ในถุงที่มีผนังที่มองไม่เห็น
รูปแบบที่ง่ายที่สุดของพลาสมาจะถูกสร้างขึ้นโดยอัตโนมัติเมื่อมีการส่งกระแสไฟฟ้าแรงๆ ผ่านพลาสมา ในกรณีนี้ แรงแม่เหล็กจะเกิดขึ้นรอบๆ สายพลาสมา ซึ่งมีแนวโน้มที่จะบีบอัดสาย
การทดลองอีกประการหนึ่งคือการใช้ขวดแม่เหล็กที่เสนอในปี 1952 โดยนักฟิสิกส์ชาวโซเวียต G.I. Budker ซึ่งปัจจุบันเป็นนักวิชาการ ขวดแม่เหล็กวางอยู่ในห้องไม้ก๊อก - ห้องสุญญากาศทรงกระบอกซึ่งมีขดลวดภายนอกซึ่งควบแน่นที่ปลายห้อง กระแสที่ไหลผ่านขดลวดจะสร้างสนามแม่เหล็กในห้อง เส้นสนามที่อยู่ตรงกลางนั้นขนานกับกำเนิดของกระบอกสูบ และที่ส่วนท้ายจะถูกบีบอัดและสร้างปลั๊กแม่เหล็ก อนุภาคพลาสมาที่ถูกฉีดเข้าไปในขวดแม่เหล็กจะขดตัวอยู่รอบๆ เส้นสนามและสะท้อนจากปลั๊ก เป็นผลให้พลาสมายังคงอยู่ในขวดเป็นระยะเวลาหนึ่ง หากพลังงานของอนุภาคพลาสมาที่ใส่เข้าไปในขวดสูงเพียงพอและมีเพียงพอ พวกมันจะเข้าสู่ปฏิกิริยาของแรงที่ซับซ้อน การเคลื่อนไหวที่ได้รับคำสั่งในตอนแรกจะสับสน กลายเป็นไม่เป็นระเบียบ - อุณหภูมิของนิวเคลียสของไฮโดรเจนเพิ่มขึ้นเป็นสิบล้าน องศา
ความร้อนเพิ่มเติมทำได้โดยแม่เหล็กไฟฟ้า<ударами>โดยพลาสมา การบีบอัดสนามแม่เหล็ก ฯลฯ ขณะนี้พลาสมาของนิวเคลียสไฮโดรเจนหนักได้รับความร้อนถึงหลายร้อยล้านองศา จริงอยู่ที่สามารถทำได้ในระยะเวลาอันสั้นหรือที่ความหนาแน่นของพลาสมาต่ำ
เพื่อเริ่มต้นปฏิกิริยายั่งยืนในตัวเอง อุณหภูมิและความหนาแน่นของพลาสมาจะต้องเพิ่มขึ้นอีก นี่เป็นเรื่องยากที่จะบรรลุผล อย่างไรก็ตาม ดังที่นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าปัญหานั้นสามารถแก้ไขได้อย่างไม่ต้องสงสัย
จี.บี. อันฟิลอฟ
อนุญาตให้โพสต์รูปถ่ายและอ้างอิงบทความจากเว็บไซต์ของเราไปยังแหล่งข้อมูลอื่นได้ โดยมีเงื่อนไขว่าต้องระบุลิงก์ไปยังแหล่งที่มาและรูปถ่าย
ศูนย์สัมบูรณ์ (ศูนย์สัมบูรณ์) - จุดเริ่มต้นของอุณหภูมิสัมบูรณ์เริ่มต้นจาก 273.16 K ต่ำกว่าจุดสามจุดของน้ำ (จุดสมดุลของสามเฟส - น้ำแข็ง, น้ำและไอน้ำ) ที่ศูนย์สัมบูรณ์ การเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะหยุดลง และพวกมันจะอยู่ในสถานะการเคลื่อนที่ "ศูนย์" หรือ: อุณหภูมิต่ำสุดที่สารไม่มีพลังงานความร้อน
ศูนย์สัมบูรณ์ เริ่มการอ่านอุณหภูมิสัมบูรณ์ สอดคล้องกับ -273.16 °C ปัจจุบัน ในห้องปฏิบัติการทางกายภาพ อุณหภูมิที่เกินศูนย์สัมบูรณ์เป็นไปได้เพียงไม่กี่ในล้านองศาเท่านั้น แต่ตามกฎของอุณหพลศาสตร์ เป็นไปไม่ได้เลยที่จะบรรลุผลดังกล่าว ที่ศูนย์สัมบูรณ์ ระบบจะอยู่ในสถานะที่มีพลังงานต่ำที่สุดที่เป็นไปได้ (ในสถานะนี้ อะตอมและโมเลกุลจะทำการสั่นสะเทือน "ศูนย์") และจะมีเอนโทรปีเป็นศูนย์ (ศูนย์ ความผิดปกติ- ปริมาตรของก๊าซในอุดมคติ ณ จุดศูนย์สัมบูรณ์จะต้องเท่ากับศูนย์ และเพื่อกำหนดจุดนี้ ปริมาตรของก๊าซฮีเลียมจริงจะถูกวัดที่ ตามลำดับลดอุณหภูมิลงจนกลายเป็นของเหลวที่ความดันต่ำ (-268.9 ° C) และคาดการณ์อุณหภูมิที่ปริมาตรของก๊าซในกรณีที่ไม่มีการทำให้กลายเป็นของเหลวจะเปลี่ยนเป็นศูนย์ อุณหภูมิสัมบูรณ์ อุณหพลศาสตร์สเกลวัดเป็นเคลวิน ซึ่งแสดงด้วยสัญลักษณ์ K แน่นอน อุณหพลศาสตร์สเกลและสเกลเซลเซียสนั้นถูกหักล้างจากกันและสัมพันธ์กันด้วยอัตราส่วน K = °C + 273.16 °
เรื่องราว
คำว่า "อุณหภูมิ" เกิดขึ้นในสมัยนั้นเมื่อผู้คนเชื่อว่าวัตถุที่ได้รับความร้อนมากกว่าจะมีสารพิเศษ - แคลอรี่ - ในปริมาณที่มากกว่าวัตถุที่ได้รับความร้อนน้อยกว่า ดังนั้นอุณหภูมิจึงถูกมองว่าเป็นความแข็งแกร่งของส่วนผสมของสสารในร่างกายและแคลอรี่ ด้วยเหตุนี้หน่วยวัดความแรงของเครื่องดื่มแอลกอฮอล์และอุณหภูมิจึงเรียกว่าองศาเดียวกัน
เนื่องจากอุณหภูมิเป็นพลังงานจลน์ของโมเลกุล จึงชัดเจนว่าเป็นเรื่องปกติที่จะวัดค่าดังกล่าวในหน่วยพลังงาน (เช่น ในระบบ SI เป็นจูล) อย่างไรก็ตาม การวัดอุณหภูมิเริ่มต้นมานานก่อนที่จะมีการสร้างทฤษฎีจลน์ศาสตร์ของโมเลกุล ดังนั้นมาตราส่วนเชิงปฏิบัติจึงวัดอุณหภูมิในหน่วยทั่วไป นั่นคือ องศา
สเกลเคลวิน
อุณหพลศาสตร์ใช้มาตราส่วนเคลวิน ซึ่งวัดอุณหภูมิจากศูนย์สัมบูรณ์ (สถานะที่สอดคล้องกับพลังงานภายในร่างกายขั้นต่ำที่เป็นไปได้ตามทฤษฎี) และหนึ่งเคลวินเท่ากับ 1/273.16 ของระยะทางจากศูนย์สัมบูรณ์ถึงจุดสามจุดของ น้ำ (สถานะที่น้ำแข็ง น้ำ และน้ำอยู่ในภาวะสมดุล) ค่าคงที่ของ Boltzmann ใช้ในการแปลงเคลวินเป็นหน่วยพลังงาน หน่วยที่ได้รับยังใช้: กิโลเคลวิน, เมกะเคลวิน, มิลลิเคลวิน ฯลฯ
เซลเซียส
ในชีวิตประจำวัน จะใช้ระดับเซลเซียส โดย 0 คือจุดเยือกแข็งของน้ำ และ 100° คือจุดเดือดของน้ำที่ความดันบรรยากาศ เนื่องจากจุดเยือกแข็งและจุดเดือดของน้ำไม่ได้ถูกกำหนดไว้อย่างชัดเจน มาตราส่วนเซลเซียสจึงถูกกำหนดโดยใช้มาตราส่วนเคลวิน: องศาเซลเซียสเท่ากับเคลวิน ค่าศูนย์สัมบูรณ์จึงอยู่ที่ −273.15 °C ระดับเซลเซียสนั้นสะดวกมากจริง ๆ เพราะมีน้ำอยู่ทั่วไปบนโลกของเราและชีวิตของเราก็ขึ้นอยู่กับน้ำนั้น ศูนย์เซลเซียสเป็นจุดพิเศษสำหรับอุตุนิยมวิทยา เนื่องจากการเยือกแข็งของน้ำในชั้นบรรยากาศทำให้ทุกอย่างเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก
ฟาเรนไฮต์
ในอังกฤษและโดยเฉพาะในสหรัฐอเมริกา จะใช้มาตราส่วนฟาเรนไฮต์ มาตราส่วนนี้จะแบ่งช่วงเวลาจากอุณหภูมิของฤดูหนาวที่หนาวที่สุดในเมืองที่ฟาเรนไฮต์อาศัยอยู่จนถึงอุณหภูมิของร่างกายมนุษย์ออกเป็น 100 องศา ศูนย์องศาเซลเซียสคือ 32 องศาฟาเรนไฮต์ และองศาฟาเรนไฮต์คือ 5/9 องศาเซลเซียส
คำจำกัดความปัจจุบันของมาตราส่วนฟาเรนไฮต์มีดังต่อไปนี้ คือมาตราส่วนอุณหภูมิโดยที่ 1 องศา (1 °F) เท่ากับ 1/180 ของความแตกต่างระหว่างจุดเดือดของน้ำกับอุณหภูมิหลอมละลายของน้ำแข็งที่ความดันบรรยากาศ และ จุดหลอมเหลวของน้ำแข็งคือ +32 °F อุณหภูมิในระดับฟาเรนไฮต์สัมพันธ์กับอุณหภูมิในระดับเซลเซียส (t °C) โดยอัตราส่วน t °C = 5/9 (t °F - 32), 1 °F = 5/9 °C เสนอโดย G. Fahrenheit ในปี 1724
สเกลโรเมอร์
เสนอในปี 1730 โดย R. A. Reaumur ซึ่งบรรยายถึงเทอร์โมมิเตอร์แอลกอฮอล์ที่เขาคิดค้น
มีหน่วยเป็นองศารีโอเมอร์ (°R) 1 °R เท่ากับ 1/80 ของช่วงอุณหภูมิระหว่างจุดอ้างอิง - อุณหภูมิหลอมละลายของน้ำแข็ง (0 °R) และจุดเดือดของน้ำ (80 °R)
1 °ร = 1.25 °C
ปัจจุบันเครื่องชั่งนี้เลิกใช้แล้วและมีอายุยืนยาวที่สุดในฝรั่งเศสซึ่งเป็นบ้านเกิดของผู้เขียน
การเปรียบเทียบระดับอุณหภูมิ
| คำอธิบาย | เคลวิน | เซลเซียส | ฟาเรนไฮต์ | นิวตัน | โรเมอร์ |
| ศูนย์สัมบูรณ์ | −273.15 | −459.67 | −90.14 | −218.52 | |
| อุณหภูมิหลอมละลายของส่วนผสมฟาเรนไฮต์ (เกลือและน้ำแข็งในปริมาณเท่ากัน) | 0 | −5.87 | |||
| จุดเยือกแข็งของน้ำ (สภาวะปกติ) | 0 | 32 | 0 | ||
| อุณหภูมิร่างกายมนุษย์โดยเฉลี่ย¹ | 36.8 | 98.2 | 12.21 | ||
| จุดเดือดของน้ำ (สภาวะปกติ) | 100 | 212 | 33 | ||
| อุณหภูมิพื้นผิวแสงอาทิตย์ | 5800 | 5526 | 9980 | 1823 |
อุณหภูมิร่างกายมนุษย์ปกติคือ 36.6 °C ±0.7 °C หรือ 98.2 °F ±1.3 °F ค่าที่ยกมาโดยทั่วไปคือ 98.6 °F คือการแปลงค่าที่แน่นอนเป็นฟาเรนไฮต์ของค่าเยอรมันในศตวรรษที่ 19 ที่ 37 °C เนื่องจากค่านี้ไม่อยู่ในช่วงอุณหภูมิปกติตามแนวคิดสมัยใหม่ เราจึงสามารถพูดได้ว่าค่านี้มีความแม่นยำมากเกินไป (ไม่ถูกต้อง) ค่าบางค่าในตารางนี้ถูกปัดเศษแล้ว
การเปรียบเทียบระดับฟาเรนไฮต์และเซลเซียส
(ของ- ระดับฟาเรนไฮต์ oC- ระดับเซลเซียส)
| โอเอฟ | โอค | โอเอฟ | โอค | โอเอฟ | โอค | โอเอฟ | โอค | |||
| -459.67 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -190 -180 -170 -160 -150 -140 -130 -120 -110 -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 -65 | -273.15 -267.8 -240.0 -212.2 -184.4 -156.7 -128.9 -123.3 -117.8 -112.2 -106.7 -101.1 -95.6 -90.0 -84.4 -78.9 -73.3 -70.6 -67.8 -65.0 -62.2 -59.4 -56.7 -53.9 | -60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 | -51.1 -48.3 -45.6 -42.8 -40.0 -37.2 -34.4 -31.7 -28.9 -28.3 -27.8 -27.2 -26.7 -26.1 -25.6 -25.0 -24.4 -23.9 -23.3 -22.8 -22.2 -21.7 -21.1 -20.6 | -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 | -20.0 -19.4 -18.9 -18.3 -17.8 -17.2 -16.7 -16.1 -15.6 -15.0 -14.4 -13.9 -13.3 -12.8 -12.2 -11.7 -11.1 -10.6 -10.0 -9.4 -8.9 -8.3 -7.8 -7.2 | 20 21 22 23 24 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 125 150 200 | -6.7 -6.1 -5.6 -5.0 -4.4 -3.9 -1.1 1.7 4.4 7.2 10.0 12.8 15.6 18.3 21.1 23.9 26.7 29.4 32.2 35.0 37.8 51.7 65.6 93.3 |
หากต้องการแปลงองศาเซลเซียสเป็นเคลวิน คุณต้องใช้สูตร ที=ที+ที 0โดยที่ T คืออุณหภูมิเป็นเคลวิน t คืออุณหภูมิเป็นองศาเซลเซียส T 0 = 273.15 เคลวิน ขนาดขององศาเซลเซียสเท่ากับเคลวิน
คำว่า "อุณหภูมิ" ปรากฏในช่วงเวลาที่นักฟิสิกส์คิดว่าวัตถุที่อบอุ่นประกอบด้วยสารเฉพาะ - แคลอรี่ - มากกว่าวัตถุเดียวกัน แต่เป็นวัตถุที่เย็น และอุณหภูมิก็ตีความว่าเป็นค่าที่สอดคล้องกับปริมาณแคลอรี่ในร่างกาย ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา อุณหภูมิของร่างกายก็วัดเป็นองศา แต่ในความเป็นจริงแล้ว มันเป็นหน่วยวัดพลังงานจลน์ของโมเลกุลที่กำลังเคลื่อนที่ และด้วยเหตุนี้ จึงควรวัดเป็นจูลส์ ตามระบบหน่วย C
แนวคิดเรื่อง "อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์" มาจากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ กระบวนการถ่ายเทความร้อนจากวัตถุเย็นไปยังวัตถุร้อนเป็นไปไม่ได้ แนวคิดนี้นำเสนอโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ W. Thomson สำหรับความสำเร็จในวิชาฟิสิกส์ เขาได้รับตำแหน่งขุนนาง "ลอร์ด" และตำแหน่ง "บารอนเคลวิน" ในปี ค.ศ. 1848 ดับเบิลยู. ทอมสัน (เคลวิน) เสนอให้ใช้มาตราส่วนอุณหภูมิ โดยเขาใช้อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ซึ่งสอดคล้องกับความเย็นจัดเป็นจุดเริ่มต้น และใช้องศาเซลเซียสเป็นค่าการหาร หน่วยเคลวินคือ 1/27316 ของอุณหภูมิของจุดสามจุดของน้ำ (ประมาณ 0 องศาเซลเซียส) กล่าวคือ อุณหภูมิที่น้ำบริสุทธิ์มีอยู่ทันทีในสามรูปแบบ ได้แก่ น้ำแข็ง น้ำของเหลว และไอน้ำ อุณหภูมิคืออุณหภูมิต่ำสุดที่เป็นไปได้ซึ่งการเคลื่อนที่ของโมเลกุลหยุดลง และไม่สามารถดึงพลังงานความร้อนออกจากสารได้อีกต่อไป ตั้งแต่นั้นมา ระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์ก็ได้รับการตั้งชื่อตามเขา
มีการวัดอุณหภูมิในระดับต่างๆ
ระดับอุณหภูมิที่ใช้กันมากที่สุดเรียกว่าระดับเซลเซียส มันถูกสร้างขึ้นจากสองจุด: อุณหภูมิของการเปลี่ยนเฟสของน้ำจากของเหลวเป็นไอน้ำและน้ำเป็นน้ำแข็ง ก. เซลเซียส ในปี 1742 เสนอให้แบ่งระยะห่างระหว่างจุดอ้างอิงออกเป็น 100 ช่วง และให้น้ำเป็นศูนย์ โดยมีจุดเยือกแข็งเป็น 100 องศา แต่ชาวสวีเดน เค. ลินเนอัส เสนอให้ทำตรงกันข้าม ตั้งแต่นั้นมา น้ำก็กลายเป็นน้ำแข็งที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส แม้ว่าควรจะต้มที่อุณหภูมิเซลเซียสพอดีก็ตาม ศูนย์องศาเซลเซียสสัมบูรณ์เท่ากับลบ 273.16 องศาเซลเซียส
มีระดับอุณหภูมิอีกหลายระดับ: ฟาเรนไฮต์, Reaumur, Rankin, Newton, Roemer มีราคาการแบ่งส่วนที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น มาตราส่วน Reaumur นั้นสร้างขึ้นจากจุดอ้างอิงของการเดือดและการแช่แข็งของน้ำ แต่มี 80 ส่วน มาตราส่วนฟาเรนไฮต์ซึ่งปรากฏในปี 1724 ใช้ในชีวิตประจำวันเฉพาะในบางประเทศของโลกรวมถึงสหรัฐอเมริกาด้วย หนึ่งคืออุณหภูมิของส่วนผสมของน้ำแข็งและแอมโมเนีย และอีกอย่างคืออุณหภูมิของร่างกายมนุษย์ มาตราส่วนแบ่งออกเป็นหนึ่งร้อยแผนก ศูนย์เซลเซียสสอดคล้องกับ 32 การแปลงองศาเป็นฟาเรนไฮต์สามารถทำได้โดยใช้สูตร: F = 1.8 C + 32 การแปลงแบบย้อนกลับ: C = (F - 32)/1.8 โดยที่: F - องศาฟาเรนไฮต์ C - องศาเซลเซียส หากคุณขี้เกียจเกินกว่าจะนับ ให้ไปที่บริการออนไลน์สำหรับการแปลงเซลเซียสเป็นฟาเรนไฮต์ ในกล่อง ให้ระบุจำนวนองศาเซลเซียส คลิก "คำนวณ" เลือก "ฟาเรนไฮต์" แล้วคลิก "เริ่ม" ผลลัพธ์ก็จะปรากฏทันที
ตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ (หรืออย่างสก็อตแลนด์) William J. Rankin ผู้ร่วมสมัยกับเคลวินและเป็นหนึ่งในผู้สร้างอุณหพลศาสตร์ทางเทคนิค มีจุดสำคัญสามจุดในระดับของเขา: จุดเริ่มต้นเป็นศูนย์สัมบูรณ์ จุดเยือกแข็งของน้ำคือ 491.67 องศาแรงคิน และจุดเดือดของน้ำคือ 671.67 องศา จำนวนการแบ่งระหว่างการแช่แข็งของน้ำและการเดือดของน้ำแรงคินและฟาเรนไฮต์คือ 180
เครื่องชั่งเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้โดยนักฟิสิกส์เท่านั้น และ 40% ของนักเรียนมัธยมปลายชาวอเมริกันที่สำรวจในวันนี้ กล่าวว่า พวกเขาไม่รู้ว่าอุณหภูมิสัมบูรณ์เป็นศูนย์คืออะไร
อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์
อุณหภูมิจำกัดที่ทำให้ปริมาตรของก๊าซในอุดมคติกลายเป็นศูนย์จะถูกนำมาเป็น อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์
มาหาค่าศูนย์สัมบูรณ์ในระดับเซลเซียสกันดีกว่า
ปริมาตรที่เท่ากัน วีในสูตร (3.1) เป็นศูนย์ และคำนึงถึงสิ่งนั้นด้วย
.
ดังนั้นอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์จึงเท่ากับ
ที= –273 องศาเซลเซียส 2
นี่คืออุณหภูมิสุดขั้วและต่ำสุดในธรรมชาติ ซึ่งเป็น "ระดับความหนาวเย็นที่ยิ่งใหญ่ที่สุดหรือครั้งสุดท้าย" ซึ่งเป็นการดำรงอยู่ของสิ่งที่ Lomonosov ทำนายไว้
อุณหภูมิสูงสุดบนโลก - หลายร้อยล้านองศา - ได้มาระหว่างการระเบิดของระเบิดแสนสาหัส อุณหภูมิที่สูงกว่านั้นเป็นเรื่องปกติสำหรับบริเวณชั้นในของดาวฤกษ์บางดวง
2ค่าศูนย์สัมบูรณ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้น: –273.15 °C
สเกลเคลวิน
นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ W. Kelvin แนะนำ ขนาดสัมบูรณ์อุณหภูมิ อุณหภูมิศูนย์บนสเกลเคลวินสอดคล้องกับศูนย์สัมบูรณ์ และหน่วยอุณหภูมิบนสเกลนี้เท่ากับหนึ่งองศาในสเกลเซลเซียส ดังนั้นอุณหภูมิสัมบูรณ์ ตสัมพันธ์กับอุณหภูมิในระดับเซลเซียสตามสูตร
ที = ที + 273. (3.2)
ในรูป 3.2 แสดงสเกลสัมบูรณ์และสเกลเซลเซียสเพื่อเปรียบเทียบ
หน่วย SI ของอุณหภูมิสัมบูรณ์เรียกว่า เคลวิน(ย่อว่า K) ดังนั้น หนึ่งองศาตามสเกลเซลเซียสจึงเท่ากับหนึ่งองศาตามสเกลเคลวิน:
ดังนั้น อุณหภูมิสัมบูรณ์ตามคำจำกัดความที่กำหนดโดยสูตร (3.2) จึงเป็นปริมาณอนุพัทธ์ที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเซลเซียสและค่าที่หาได้จากการทดลองของ a
ผู้อ่าน:อุณหภูมิสัมบูรณ์มีความหมายทางกายภาพอย่างไร?
ให้เราเขียนนิพจน์ (3.1) ในรูปแบบ
.
เมื่อพิจารณาว่าอุณหภูมิในระดับเคลวินสัมพันธ์กับอุณหภูมิในระดับเซลเซียสด้วยความสัมพันธ์ ที = ที + 273 เราได้รับ
ที่ไหน ต 0 = 273 K หรือ
เนื่องจากความสัมพันธ์นี้ใช้ได้กับอุณหภูมิที่กำหนด ตจากนั้นกฎของเกย์-ลุสซักสามารถกำหนดได้ดังนี้:
สำหรับมวลของก๊าซที่กำหนดที่ p = const ความสัมพันธ์ต่อไปนี้ถือเป็น:
งาน 3.1ที่อุณหภูมิ ต 1 = ปริมาตรก๊าซ 300 K วี 1 = 5.0 ลิตร กำหนดปริมาตรของก๊าซที่ความดันและอุณหภูมิเท่ากัน ต= 400 ก.
หยุด! ตัดสินใจด้วยตัวเอง: A1, B6, C2
ปัญหา 3.2.ในระหว่างการทำความร้อนแบบไอโซบาริก ปริมาตรอากาศเพิ่มขึ้น 1% อุณหภูมิสัมบูรณ์เพิ่มขึ้นกี่เปอร์เซ็นต์?
= 0,01.
คำตอบ: 1 %.
จำสูตรผลลัพธ์ที่ได้
หยุด! ตัดสินใจด้วยตัวเอง: A2, A3, B1, B5
กฎของชาร์ลส์
ชาร์ลส์ นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสค้นพบการทดลองว่าหากก๊าซได้รับความร้อนจนปริมาตรคงที่ ความดันของก๊าซจะเพิ่มขึ้น การขึ้นอยู่กับความดันต่ออุณหภูมิมีรูปแบบ:
ร(ที) = พี 0 (1 + ข ที), (3.6)
ที่ไหน ร(ที) – ความดันที่อุณหภูมิ ทีองศาเซลเซียส; ร 0 – ความดันที่ 0 °C; b คือค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความดัน ซึ่งมีค่าเท่ากันสำหรับก๊าซทุกชนิด: 1/K
ผู้อ่าน:น่าประหลาดใจที่ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความดัน b เท่ากับค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงปริมาตร a ทุกประการ!
ลองหามวลของก๊าซที่มีปริมาตรมา วี 0 ที่อุณหภูมิ ต 0 และความดัน ร 0 . เป็นครั้งแรกที่เราจะรักษาแรงดันแก๊สให้คงที่โดยให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิหนึ่ง ต 1. จากนั้นก๊าซก็จะมีปริมาตร วี 1 = วี 0 (1 + ก ที) และแรงกดดัน ร 0 .
ครั้งที่สองโดยรักษาปริมาตรของก๊าซให้คงที่เราให้ความร้อนที่อุณหภูมิเดียวกัน ต 1. จากนั้นแก๊สก็จะมีแรงดัน ร 1 = ร 0 (1 + ข ที) และระดับเสียง วี 0 .
เนื่องจากในทั้งสองกรณีอุณหภูมิของก๊าซจะเท่ากัน กฎของบอยล์–มาริโอตจึงใช้ได้:
พี 0 วี 1 = พี 1 วี 0 Þ ร 0 วี 0 (1 + ก ที) = ร 0 (1 + ข ที)วี 0 Þ
Þ 1 + ก เสื้อ = 1 + ข ทีÞ ก = ข
จึงไม่น่าแปลกใจที่ a = b ไม่!
ให้เราเขียนกฎของชาร์ลส์ใหม่ในรูปแบบ
.
เมื่อพิจารณาแล้วว่า ต = ที°ซ + 273 °ซ, ต 0 = 273 °C เราได้
คุณคิดว่าสถานที่ที่หนาวที่สุดในจักรวาลของเราอยู่ที่ไหน? วันนี้นี่คือโลก ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิพื้นผิวของดวงจันทร์คือ -227 องศาเซลเซียส และอุณหภูมิสุญญากาศที่ล้อมรอบเราอยู่ที่ 265 องศาต่ำกว่าศูนย์ อย่างไรก็ตาม ในห้องปฏิบัติการบนโลก บุคคลสามารถบรรลุอุณหภูมิที่ต่ำกว่ามากเพื่อศึกษาคุณสมบัติของวัสดุที่อุณหภูมิต่ำมาก วัสดุ อะตอมแต่ละอะตอม และแม้กระทั่งแสงที่ต้องโดนความเย็นจัด ก็เริ่มแสดงคุณสมบัติที่ผิดปกติ
การทดลองประเภทนี้ครั้งแรกเกิดขึ้นเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 โดยนักฟิสิกส์ที่ศึกษาคุณสมบัติทางไฟฟ้าของปรอทที่อุณหภูมิต่ำมาก ที่อุณหภูมิ -262 องศาเซลเซียส ปรอทเริ่มแสดงคุณสมบัติของตัวนำยิ่งยวด ส่งผลให้ความต้านทานต่อกระแสไฟฟ้าลดลงจนเกือบเป็นศูนย์ การทดลองเพิ่มเติมยังเผยให้เห็นคุณสมบัติที่น่าสนใจอื่นๆ ของวัสดุเย็น รวมถึงความเป็นของเหลวยิ่งยวด ซึ่งแสดงออกมาใน "การรั่วไหล" ของสสารผ่านพาร์ติชันที่เป็นของแข็งและจากภาชนะปิด
วิทยาศาสตร์ได้กำหนดอุณหภูมิต่ำสุดที่สามารถทำได้ - ลบ 273.15 องศาเซลเซียส แต่ในทางปฏิบัติแล้วอุณหภูมิดังกล่าวไม่สามารถบรรลุได้ ในทางปฏิบัติ อุณหภูมิคือการวัดพลังงานโดยประมาณที่มีอยู่ในวัตถุ ดังนั้นศูนย์สัมบูรณ์จึงบ่งชี้ว่าร่างกายไม่ปล่อยสิ่งใดออกมา และไม่สามารถดึงพลังงานออกจากวัตถุนั้นได้ แต่ถึงกระนั้น นักวิทยาศาสตร์ก็พยายามที่จะเข้าใกล้อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยสถิติปัจจุบันตั้งขึ้นในปี 2546 ในห้องทดลองของสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ นักวิทยาศาสตร์มีเพียง 810 พันล้านองศาเท่านั้นที่ยังขาดศูนย์สัมบูรณ์ พวกมันทำให้เมฆอะตอมโซเดียมเย็นลงซึ่งถูกยึดไว้ด้วยสนามแม่เหล็กอันทรงพลัง
ดูเหมือนว่า - ความหมายเชิงปฏิบัติของการทดลองดังกล่าวคืออะไร? ปรากฎว่านักวิจัยสนใจแนวคิดเช่นคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์ ซึ่งเป็นสถานะพิเศษของสสาร ไม่ใช่ก๊าซ ของแข็งหรือของเหลว แต่เป็นเพียงเมฆอะตอมที่มีสถานะควอนตัมเดียวกัน ไอน์สไตน์และนักฟิสิกส์ชาวอินเดีย Satyendra Bose ทำนายไว้ในปี 1925 และได้รับมาเพียง 70 ปีต่อมา นักวิทยาศาสตร์คนหนึ่งที่ประสบความสำเร็จในสภาวะนี้คือ Wolfgang Ketterle ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากการค้นพบของเขา
คุณสมบัติที่น่าทึ่งอย่างหนึ่งของคอนเดนเสทโบส-ไอน์สไตน์ (BEC) คือความสามารถในการควบคุมการเคลื่อนที่ของรังสีแสง ในสุญญากาศ แสงเดินทางด้วยความเร็ว 300,000 กม. ต่อวินาที และนี่คือความเร็วสูงสุดที่สามารถทำได้ในจักรวาล แต่แสงสามารถเดินทางได้ช้ากว่าหากเดินทางผ่านสสารมากกว่าในสุญญากาศ ด้วยความช่วยเหลือของ KBE คุณสามารถชะลอการเคลื่อนที่ของแสงไปที่ความเร็วต่ำ และแม้แต่หยุดมันได้ เนื่องจากอุณหภูมิและความหนาแน่นของคอนเดนเสท แสงที่เปล่งออกมาจึงช้าลงและสามารถ "จับ" และแปลงเป็นกระแสไฟฟ้าได้โดยตรง กระแสนี้สามารถถ่ายโอนไปยังคลาวด์ CBE อื่นและแปลงกลับเป็นรังสีแสงได้ ความสามารถนี้เป็นที่ต้องการสูงในด้านโทรคมนาคมและคอมพิวเตอร์ ที่นี่ฉันไม่เข้าใจเลยสักนิด - หลังจากนั้นก็มีอุปกรณ์ที่แปลงคลื่นแสงเป็นไฟฟ้าและในทางกลับกัน มีอยู่แล้ว... เห็นได้ชัดว่าการใช้ CBE ช่วยให้การแปลงนี้ดำเนินการได้เร็วและแม่นยำยิ่งขึ้น
สาเหตุหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์กระตือรือร้นที่จะได้ศูนย์สัมบูรณ์ก็คือความพยายามที่จะทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นและได้เกิดขึ้นกับจักรวาลของเรา กฎทางอุณหพลศาสตร์ใดบ้างที่บังคับใช้ในจักรวาล ในเวลาเดียวกัน นักวิจัยเข้าใจว่าการดึงพลังงานทั้งหมดจากอะตอมจนถึงจุดสุดท้ายนั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย
