Was ist der absolute Nullpunkt? A. Absoluter Nullpunkt. Sehen Sie in anderen Wörterbüchern, was „absoluter Nullpunkt“ ist

Absolute Nulltemperaturen

Absolute Nulltemperatur- Dies ist die minimale Temperaturgrenze, die ein physischer Körper haben kann. Der absolute Nullpunkt dient als Ursprung einer absoluten Temperaturskala, beispielsweise der Kelvin-Skala. Auf der Celsius-Skala entspricht der absolute Nullpunkt einer Temperatur von −273,15 °C.

Es wird angenommen, dass der absolute Nullpunkt in der Praxis unerreichbar ist. Seine Existenz und Position auf der Temperaturskala ergibt sich aus der Extrapolation beobachteter physikalischer Phänomene, und eine solche Extrapolation zeigt, dass beim absoluten Nullpunkt die Energie der thermischen Bewegung von Molekülen und Atomen einer Substanz gleich Null sein sollte, d. h. die Energie der chaotischen Bewegung von Teilchen stoppt, und sie bilden eine geordnete Struktur, die eine klare Position in den Knoten des Kristallgitters einnimmt. Tatsächlich bleiben jedoch auch bei der absoluten Nulltemperatur die regelmäßigen Bewegungen der Teilchen, aus denen die Materie besteht, bestehen. Die übrigen Schwingungen, etwa Nullpunktsschwingungen, sind auf die Quanteneigenschaften der Teilchen und das sie umgebende physikalische Vakuum zurückzuführen.

Bisher ist es in physikalischen Laboratorien möglich, Temperaturen zu erreichen, die den absoluten Nullpunkt nur um wenige Millionstel Grad überschreiten; es selbst zu erreichen, ist nach den Gesetzen der Thermodynamik unmöglich.

Anmerkungen

Literatur

• G. Burmin. Angriff auf den absoluten Nullpunkt. - M.: „Kinderliteratur“, 1983.

siehe auch

Wikimedia-Stiftung. 2010.

• Absolute Nulltemperatur
• Absolute Nulltemperatur

Sehen Sie in anderen Wörterbüchern, was „Absolute Nulltemperatur“ ist:

Absolute Nulltemperatur- Die absolute Nulltemperatur ist die minimale Temperaturgrenze, die ein physischer Körper haben kann. Der absolute Nullpunkt dient als Ausgangspunkt für eine absolute Temperaturskala, beispielsweise die Kelvin-Skala. Auf der Celsius-Skala entspricht der absolute Nullpunkt... ... Wikipedia

ABSOLUTER NULLPUNKT- ABSOLUTER NULLPUNKT, die Temperatur, bei der alle Komponenten des Systems die geringste Energiemenge haben, die nach den Gesetzen der QUANTENMECHANIK zulässig ist; Null auf der Kelvin-Temperaturskala oder 273,15°C (459,67° Fahrenheit). Bei dieser Temperatur... Wissenschaftliches und technisches Enzyklopädisches Wörterbuch

Absolute Temperaturskala

Absolute thermodynamische Temperatur- Chaotische thermische Bewegung auf der Ebene von Gasteilchen wie Atomen und Molekülen. Es gibt zwei Definitionen von Temperatur. Das eine aus molekularkinetischer Sicht, das andere aus thermodynamischer Sicht. Temperatur (von lateinisch eigentliche Temperatur ... ... Wikipedia

Absolute Temperaturskala- Chaotische thermische Bewegung auf der Ebene von Gasteilchen wie Atomen und Molekülen. Es gibt zwei Definitionen von Temperatur. Das eine aus molekularkinetischer Sicht, das andere aus thermodynamischer Sicht. Temperatur (von lateinisch eigentliche Temperatur ... ... Wikipedia

Haben Sie schon einmal darüber nachgedacht, wie niedrig die Temperatur sein kann? Was ist der absolute Nullpunkt? Wird es der Menschheit jemals gelingen und welche Möglichkeiten eröffnen sich nach einer solchen Entdeckung? Diese und ähnliche Fragen beschäftigen seit langem viele Physiker und einfach neugierige Menschen.

Was ist der absolute Nullpunkt?

Auch wenn Sie sich seit Ihrer Kindheit nicht für Physik interessiert haben, sind Sie wahrscheinlich mit dem Konzept der Temperatur vertraut. Dank der molekularkinetischen Theorie wissen wir heute, dass zwischen ihm und den Bewegungen von Molekülen und Atomen ein gewisser statischer Zusammenhang besteht: Je höher die Temperatur eines physischen Körpers, desto schneller bewegen sich seine Atome und umgekehrt. Es stellt sich die Frage: „Gibt es eine solche untere Grenze, bei der Elementarteilchen an Ort und Stelle gefrieren?“ Wissenschaftler glauben, dass dies theoretisch möglich ist; das Thermometer wird bei -273,15 Grad Celsius liegen. Dieser Wert wird als absoluter Nullpunkt bezeichnet. Mit anderen Worten: Dies ist die minimal mögliche Grenze, bis zu der ein physischer Körper abgekühlt werden kann. Es gibt sogar eine absolute Temperaturskala (Kelvin-Skala), bei der der absolute Nullpunkt der Bezugspunkt ist und die Einheit der Skala einem Grad entspricht. Wissenschaftler auf der ganzen Welt arbeiten unermüdlich daran, diesen Wert zu erreichen, denn er verspricht enorme Perspektiven für die Menschheit.

Warum ist das so wichtig?

Extrem niedrige und extrem hohe Temperaturen stehen in engem Zusammenhang mit den Konzepten der Supraflüssigkeit und Supraleitung. Das Verschwinden des elektrischen Widerstands in Supraleitern wird es ermöglichen, unvorstellbare Effizienzwerte zu erreichen und jegliche Energieverluste zu eliminieren. Wenn wir einen Weg finden könnten, der es uns ermöglicht, den Wert des „absoluten Nullpunkts“ frei zu erreichen, wären viele Probleme der Menschheit gelöst. Über den Schienen schwebende Züge, leichtere und kleinere Motoren, Transformatoren und Generatoren, hochpräzise Magnetenzephalographie, hochpräzise Uhren – das sind nur einige Beispiele dafür, was Supraleitung in unser Leben bringen kann.

Neueste wissenschaftliche Fortschritte

Im September 2003 gelang es Forschern des MIT und der NASA, Natriumgas auf ein Rekordtief abzukühlen. Während des Experiments fehlten ihnen nur ein halbes Milliardstel Grad vor der Ziellinie (absoluter Nullpunkt). Während der Tests befand sich das Natrium ständig in einem Magnetfeld, wodurch verhindert wurde, dass es die Wände des Behälters berührte. Wenn es möglich wäre, die Temperaturbarriere zu überwinden, würde die molekulare Bewegung im Gas vollständig zum Stillstand kommen, da eine solche Abkühlung dem Natrium die gesamte Energie entziehen würde. Die Forscher nutzten eine Technik, deren Autor (Wolfgang Ketterle) 2001 den Nobelpreis für Physik erhielt. Der Kernpunkt der Tests waren die Gasprozesse der Bose-Einstein-Kondensation. Inzwischen hat noch niemand den dritten Hauptsatz der Thermodynamik aufgehoben, wonach der absolute Nullpunkt nicht nur ein unüberwindlicher, sondern auch ein unerreichbarer Wert ist. Darüber hinaus gilt die Heisenbergsche Unschärferelation, und Atome können einfach nicht stillstehen. Daher bleibt der absolute Nullpunkt für die Wissenschaft vorerst unerreichbar, obwohl es Wissenschaftlern gelungen ist, sich ihm auf eine vernachlässigbare Entfernung zu nähern.

Der Begriff „Temperatur“ tauchte zu einer Zeit auf, als Physiker dachten, dass warme Körper aus mehr einer bestimmten Substanz – Kalorien – bestehen als dieselben Körper, aber aus kalten. Und die Temperatur wurde als ein Wert interpretiert, der der Kalorienmenge im Körper entspricht. Seitdem wird die Temperatur jedes Körpers in Grad gemessen. Tatsächlich handelt es sich jedoch um ein Maß für die kinetische Energie bewegter Moleküle, und auf dieser Grundlage sollte sie gemäß dem Einheitensystem C in Joule gemessen werden.

Das Konzept der „absoluten Nulltemperatur“ stammt aus dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. Demnach ist der Prozess der Wärmeübertragung von einem kalten Körper auf einen heißen Körper unmöglich. Dieses Konzept wurde vom englischen Physiker W. Thomson eingeführt. Für seine Leistungen in der Physik wurden ihm der Adelstitel „Lord“ und der Titel „Baron Kelvin“ verliehen. Im Jahr 1848 schlug W. Thomson (Kelvin) die Verwendung einer Temperaturskala vor, bei der er den absoluten Nullpunkt, der extremer Kälte entspricht, als Ausgangspunkt und Grad Celsius als Divisionswert nahm. Die Kelvin-Einheit ist 1/27316 der Temperatur des Tripelpunkts von Wasser (ca. 0 Grad C), d. h. Temperatur, bei der reines Wasser sofort in drei Formen vorliegt: Eis, flüssiges Wasser und Dampf. Temperatur ist die tiefstmögliche Temperatur, bei der die Bewegung von Molekülen aufhört und es nicht mehr möglich ist, einem Stoff Wärmeenergie zu entziehen. Seitdem ist die absolute Temperaturskala nach ihm benannt.

Die Temperatur wird auf verschiedenen Skalen gemessen

Die am häufigsten verwendete Temperaturskala heißt Celsius-Skala. Es basiert auf zwei Punkten: auf der Temperatur des Phasenübergangs von Wasser von Flüssigkeit zu Dampf und von Wasser zu Eis. A. Celsius schlug 1742 vor, den Abstand zwischen Referenzpunkten in 100 Intervalle zu unterteilen und Wasser als Null anzunehmen, wobei der Gefrierpunkt 100 Grad beträgt. Doch der Schwede K. Linnaeus schlug das Gegenteil vor. Seitdem ist das Wasser bei null Grad Celsius gefroren. Obwohl es genau bei Celsius kochen sollte. Der absolute Nullpunkt Celsius entspricht minus 273,16 Grad Celsius.

Es gibt mehrere weitere Temperaturskalen: Fahrenheit, Reaumur, Rankin, Newton, Roemer. Sie haben unterschiedliche Teilungspreise. Beispielsweise basiert die Reaumur-Skala ebenfalls auf den Referenzpunkten Kochen und Gefrieren von Wasser, hat jedoch 80 Unterteilungen. Die 1724 erschienene Fahrenheit-Skala wird im Alltag nur in einigen Ländern der Welt verwendet, darunter auch in den USA; Das eine ist die Temperatur der Mischung aus Wassereis und Ammoniak und das andere ist die Temperatur des menschlichen Körpers. Die Skala ist in einhundert Unterteilungen unterteilt. Null Celsius entspricht 32. Die Umrechnung von Grad in Fahrenheit kann mit der Formel erfolgen: F = 1,8 °C + 32. Umgekehrte Umrechnung: C = (F – 32)/1,8, wobei: F – Grad Fahrenheit, C – Grad Celsius. Wenn Sie zu faul zum Zählen sind, wenden Sie sich an einen Online-Dienst zur Umrechnung von Celsius in Fahrenheit. Geben Sie in das Feld die Grad Celsius ein, klicken Sie auf „Berechnen“, wählen Sie „Fahrenheit“ und klicken Sie auf „Start“. Das Ergebnis erscheint sofort.

Benannt nach dem englischen (genauer schottischen) Physiker William J. Rankin, einem Zeitgenossen Kelvins und einem der Begründer der technischen Thermodynamik. In seiner Skala gibt es drei wichtige Punkte: Der Anfang ist der absolute Nullpunkt, der Gefrierpunkt von Wasser liegt bei 491,67 Grad Rankine und der Siedepunkt von Wasser liegt bei 671,67 Grad. Die Anzahl der Divisionen zwischen dem Gefrieren von Wasser und seinem Sieden beträgt sowohl für Rankine als auch für Fahrenheit 180.

Die meisten dieser Skalen werden ausschließlich von Physikern verwendet. Und 40 % der heute befragten amerikanischen High-School-Schüler gaben an, dass sie nicht wissen, was der absolute Nullpunkt ist.

Das physikalische Konzept der „absoluten Nulltemperatur“ ist für die moderne Wissenschaft sehr wichtig: Es ist eng mit einem Konzept wie der Supraleitung verbunden, deren Entdeckung in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts für echtes Aufsehen sorgte.

Um zu verstehen, was der absolute Nullpunkt ist, sollten Sie sich die Werke berühmter Physiker wie G. Fahrenheit, A. Celsius, J. Gay-Lussac und W. Thomson ansehen. Sie spielten eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung der heute noch verwendeten Haupttemperaturskalen.

Der erste, der seine Temperaturskala vorschlug, war der deutsche Physiker G. Fahrenheit im Jahr 1714. Gleichzeitig wurde die Temperatur des Gemisches, das Schnee und Ammoniak enthielt, als absoluter Nullpunkt, also als niedrigster Punkt dieser Skala, angenommen. Der nächste wichtige Indikator war der Wert, der 1000 entspricht. Dementsprechend wurde jede Unterteilung dieser Skala „Grad Fahrenheit“ genannt und die Skala selbst wurde „Fahrenheit-Skala“ genannt.

30 Jahre später schlug der schwedische Astronom A. Celsius seine eigene Temperaturskala vor, deren Hauptpunkte die Schmelztemperatur von Eis und Wasser waren. Diese Skala wurde „Celsius-Skala“ genannt und ist in den meisten Ländern der Welt, einschließlich Russland, immer noch beliebt.

Im Jahr 1802 entdeckte der französische Wissenschaftler J. Gay-Lussac bei seinen berühmten Experimenten, dass das Volumen eines Gases bei konstantem Druck direkt von der Temperatur abhängt. Aber das Merkwürdigste war, dass bei einer Temperaturänderung um 10 Grad Celsius das Gasvolumen um den gleichen Betrag zu- oder abnahm. Nach den notwendigen Berechnungen stellte Gay-Lussac fest, dass dieser Wert 1/273 des Gasvolumens bei einer Temperatur von 0 °C entsprach.

Dieses Gesetz führte zu der offensichtlichen Schlussfolgerung: Eine Temperatur von -2730 °C ist die niedrigste Temperatur, selbst wenn man sich ihr nähert, ist es unmöglich, sie zu erreichen. Diese Temperatur wird als „absolute Nulltemperatur“ bezeichnet.

Darüber hinaus wurde der absolute Nullpunkt zum Ausgangspunkt für die Schaffung der absoluten Temperaturskala, an der der englische Physiker W. Thomson, auch bekannt als Lord Kelvin, aktiv beteiligt war.

Seine Hauptforschung bestand darin, den Nachweis zu erbringen, dass kein Körper in der Natur unter den absoluten Nullpunkt abgekühlt werden kann. Gleichzeitig nutzte er aktiv die zweite Skala, weshalb die von ihm 1848 eingeführte absolute Temperaturskala als Thermodynamik oder „Kelvin-Skala“ bezeichnet wurde.

In den folgenden Jahren und Jahrzehnten kam es lediglich zu einer numerischen Klärung des Konzepts des „absoluten Nullpunkts“, der nach zahlreichen Vereinbarungen als gleich -273,150 °C angesehen wurde.

Es ist auch erwähnenswert, dass der absolute Nullpunkt eine sehr wichtige Rolle spielt. Der springende Punkt ist, dass 1960 auf der nächsten Generalkonferenz für Maß und Gewicht die Einheit der thermodynamischen Temperatur – das Kelvin – zu einer der sechs Grundmaßeinheiten wurde . Gleichzeitig wurde ausdrücklich festgelegt, dass ein Grad Kelvin numerisch gleich eins ist, der Bezugspunkt „nach Kelvin“ jedoch üblicherweise als absoluter Nullpunkt, also -273,150 °C, angesehen wird.

Die wichtigste physikalische Bedeutung des absoluten Nullpunkts besteht darin, dass gemäß den grundlegenden physikalischen Gesetzen bei einer solchen Temperatur die Bewegungsenergie von Elementarteilchen, wie Atomen und Molekülen, Null ist, und in diesem Fall sollte jede chaotische Bewegung dieser Teilchen Null sein aufhören. Bei einer Temperatur gleich dem absoluten Nullpunkt müssen Atome und Moleküle eine klare Position an den Hauptpunkten des Kristallgitters einnehmen und ein geordnetes System bilden.

Heutzutage ist es Wissenschaftlern mithilfe spezieller Geräte gelungen, Temperaturen zu erreichen, die nur wenige Teile pro Million über dem absoluten Nullpunkt liegen. Aufgrund des oben beschriebenen zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik ist es physikalisch unmöglich, diesen Wert selbst zu erreichen.

Der absolute Nullpunkt entspricht einer Temperatur von −273,15 °C.

Es wird angenommen, dass der absolute Nullpunkt in der Praxis unerreichbar ist. Seine Existenz und Position auf der Temperaturskala ergibt sich aus der Extrapolation beobachteter physikalischer Phänomene, und eine solche Extrapolation zeigt, dass beim absoluten Nullpunkt die Energie der thermischen Bewegung von Molekülen und Atomen einer Substanz gleich Null sein sollte, d. h. die Energie der chaotischen Bewegung von Teilchen stoppt, und sie bilden eine geordnete Struktur, die eine klare Position in den Knoten des Kristallgitters einnimmt. Tatsächlich bleiben jedoch auch bei der absoluten Nulltemperatur die regelmäßigen Bewegungen der Teilchen, aus denen die Materie besteht, bestehen. Die übrigen Schwingungen, etwa Nullpunktsschwingungen, sind auf die Quanteneigenschaften der Teilchen und das sie umgebende physikalische Vakuum zurückzuführen.

Bisher ist es in physikalischen Laboratorien möglich, Temperaturen zu erreichen, die den absoluten Nullpunkt nur um wenige Millionstel Grad überschreiten; es selbst zu erreichen, ist nach den Gesetzen der Thermodynamik unmöglich.

Anmerkungen

Literatur

• G. Burmin. Angriff auf den absoluten Nullpunkt. - M.: „Kinderliteratur“, 1983.

siehe auch

Wikimedia-Stiftung. 2010.

Sehen Sie in anderen Wörterbüchern, was „Absoluter Nullpunkt“ ist:

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Temperaturen, der Ursprung der Temperatur auf der thermodynamischen Temperaturskala. Der absolute Nullpunkt liegt 273,16 °C unter der Tripelpunkttemperatur von Wasser (0,01 °C). Der absolute Nullpunkt ist grundsätzlich unerreichbar, die Temperaturen sind fast erreicht... ... Moderne Enzyklopädie

Temperaturen sind der Ausgangspunkt für die Temperatur auf der thermodynamischen Temperaturskala. Der absolute Nullpunkt liegt bei 273,16 °C unter der Temperatur des Tripelpunkts von Wasser, für die der Wert 0,01 °C beträgt. Der absolute Nullpunkt ist grundsätzlich unerreichbar (siehe... ... Großes enzyklopädisches Wörterbuch

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