Når værmeldingen spår temperaturer rundt null, bør du ikke gå til skøytebanen: isen vil smelte. Smeltetemperaturen til isen er tatt som null grader Celsius - den vanligste temperaturskalaen.
Vi er godt klar over de negative gradene på Celsius-skalaen - grader<ниже нуля>, kuldegrader. Den laveste temperaturen på jorden ble registrert i Antarktis: -88,3°C. Utenfor jorden er enda lavere temperaturer mulig: på månens overflate ved månens midnatt kan den nå -160 °C.
Men ingen steder kan det være vilkårlig lave temperaturer. Ekstremt lav temperatur - absolutt null - på Celsius-skalaen tilsvarer - 273,16 °.
Den absolutte temperaturskalaen, Kelvin-skalaen, stammer fra absolutt null. Is smelter ved 273,16° Kelvin, og vann koker ved 373,16° K. Dermed er grad K lik grad C. Men på Kelvin-skalaen er alle temperaturer positive.
Hvorfor er 0°K grensen for kulde?
Varme er den kaotiske bevegelsen av atomer og materiemolekyler. Når et stoff avkjøles, blir termisk energi tatt bort fra det, og i dette tilfellet svekkes den tilfeldige bevegelsen av partikler. Til slutt, med sterk kjøling, termisk<пляска>partikler stopper nesten helt opp. Atomer og molekyler ville fryse fullstendig ved en temperatur som blir tatt som absolutt null. I henhold til kvantemekanikkens prinsipper, ved absolutt null, er det nettopp den termiske bevegelsen til partikler som ville stoppe, men partiklene selv ville ikke fryse, siden de ikke kan være helt i ro. Dermed, ved absolutt null, må partiklene fortsatt beholde en form for bevegelse, som kalles null.

Men å avkjøle et stoff til en temperatur under absolutt null er en idé like meningsløs som for eksempel intensjonen<идти медленнее, чем стоять на месте>.

Dessuten er det nesten umulig å nå nøyaktig absolutt null. Du kan bare komme nærmere ham. Fordi absolutt all dens termiske energi ikke kan tas bort fra et stoff på noen måte. Noe av den termiske energien blir igjen under den dypeste avkjølingen.
Hvordan når de ultralave temperaturer?
Å fryse et stoff er vanskeligere enn å varme det opp. Dette kan i det minste sees fra en sammenligning av utformingen av komfyren og kjøleskapet.
I de fleste husholdnings- og industrikjøleskap fjernes varme på grunn av fordampning av en spesiell væske - freon, som sirkulerer gjennom metallrør. Hemmeligheten er at freon kan forbli i flytende tilstand bare ved en tilstrekkelig lav temperatur. I kjølekammeret, på grunn av varmen i kammeret, varmes det opp og koker, og blir til damp. Men dampen komprimeres av kompressoren, blir flytende og kommer inn i fordamperen, og kompenserer for tapet av fordampende freon. Energi brukes til å kjøre kompressoren.
I dypkjølingsenheter er kuldebæreren en superkald væske - flytende helium. Fargeløs, lett (8 ganger lettere enn vann), den koker under atmosfærisk trykk ved 4,2°K, og i vakuum ved 0,7°K. En enda lavere temperatur er gitt av den lette isotopen av helium: 0,3°K.
Det er ganske vanskelig å ordne et permanent heliumkjøleskap. Forskning utføres ganske enkelt i flytende heliumbad. Og for å gjøre denne gassen flytende, bruker fysikere forskjellige teknikker. For eksempel utvides forhåndskjølt og komprimert helium ved å slippe det ut gjennom et tynt hull inn i et vakuumkammer. Samtidig synker temperaturen fortsatt og en del av gassen blir til væske. Det er mer effektivt ikke bare å utvide den avkjølte gassen, men også å få den til å fungere - å flytte stempelet.
Det resulterende flytende heliumet lagres i spesielle termoser - Dewar-kar. Kostnaden for denne kaldeste væsken (den eneste som ikke fryser ved absolutt null) er ganske høy. Likevel blir flytende helium nå brukt mer og mer utbredt, ikke bare i vitenskapen, men også i ulike tekniske enheter.
De laveste temperaturene ble oppnådd på en annen måte. Det viser seg at molekylene til noen salter, for eksempel kaliumkromalun, kan rotere langs magnetiske kraftlinjer. Dette saltet blir foreløpig avkjølt med flytende helium til 1°K og plassert i et sterkt magnetfelt. I dette tilfellet roterer molekylene langs kraftlinjene, og den frigjorte varmen tas bort av flytende helium. Deretter fjernes magnetfeltet skarpt, molekylene vender igjen i forskjellige retninger, og det blir brukt

dette arbeidet fører til ytterligere avkjøling av saltet. Dermed ble det oppnådd en temperatur på 0,001° K. Ved en lignende metode i prinsippet, ved bruk av andre stoffer, kan man oppnå en enda lavere temperatur.
Den laveste temperaturen oppnådd så langt på jorden er 0,00001°K.

Superfluiditet

Stoff frosset til ultralave temperaturer i flytende heliumbad endres markant. Gummi blir sprøtt, bly blir hardt som stål og spenstig, mange legeringer øker styrken.

Flytende helium i seg selv oppfører seg på en særegen måte. Ved temperaturer under 2,2 °K får den en egenskap uten sidestykke for vanlige væsker - superfluiditet: noe av det mister fullstendig viskositet og flyter uten friksjon gjennom de smaleste sporene.
Dette fenomenet, oppdaget i 1937 av den sovjetiske fysikeren akademiker P. JI. Kapitsa, ble deretter forklart av akademiker JI. D. Landau.
Det viser seg at ved ultralave temperaturer begynner kvantelovene for materiens oppførsel å påvirke merkbart. Som en av disse lovene krever, kan energi overføres fra kropp til kropp bare i ganske bestemte porsjoner - kvanta. Det er så få varmekvanter i flytende helium at det ikke er nok av dem for alle atomer. En del av væsken, blottet for varmekvanter, forblir ved absolutt nulltemperatur, dens atomer deltar ikke i tilfeldig termisk bevegelse i det hele tatt og samhandler ikke med karveggene på noen måte. Denne delen (den ble kalt helium-H) har superfluiditet. Med synkende temperatur blir helium-II mer og mer, og ved absolutt null vil alt helium bli til helium-H.
Superfluiditet er nå studert i detalj og har til og med funnet en nyttig praktisk anvendelse: med dens hjelp er det mulig å skille heliumisotoper.

Superledningsevne

Nær absolutt null skjer ekstremt merkelige endringer i de elektriske egenskapene til visse materialer.
I 1911 gjorde den nederlandske fysikeren Kamerling-Onnes en uventet oppdagelse: det viste seg at ved en temperatur på 4,12 ° K forsvinner elektrisk motstand fullstendig i kvikksølv. Merkur blir en superleder. Den elektriske strømmen som induseres i den superledende ringen forfaller ikke og kan flyte nesten for alltid.
Over en slik ring vil en superledende ball flyte i luften og ikke falle, som fra et eventyr.<гроб Магомета>, fordi dens tyngde kompenseres av den magnetiske frastøtingen mellom ringen og ballen. Tross alt vil den udempede strømmen i ringen skape et magnetfelt, og det vil i sin tur indusere en elektrisk strøm i ballen og sammen med den et motsatt rettet magnetfelt.
I tillegg til kvikksølv har tinn, bly, sink og aluminium superledning nær absolutt null. Denne egenskapen er funnet i 23 grunnstoffer og over hundre forskjellige legeringer og andre kjemiske forbindelser.
Temperaturene der superledning oppstår (kritiske temperaturer) er i et ganske bredt område, fra 0,35°K (hafnium) til 18°K (niob-tinnlegering).
Fenomenet superledning, så vel som super-
fluiditet, studert i detalj. Avhengighetene av kritiske temperaturer på den indre strukturen til materialer og det ytre magnetfeltet er funnet. En dyp teori om superledning ble utviklet (et viktig bidrag ble gitt av den sovjetiske vitenskapsmannen akademiker N. N. Bogolyubov).
Essensen av dette paradoksale fenomenet er igjen rent kvante. Ved ultralave temperaturer kommer elektroner inn

superleder danner et system av parvis koblede partikler som ikke kan gi energi til krystallgitteret, bruker energikvanter på å varme det opp. Elektronpar beveger seg som<танцуя>, mellom<прутьями решетки>- ioner og omgå dem uten kollisjoner og energioverføring.
Superledningsevne blir i økende grad brukt i teknologi.
For eksempel kommer superledende solenoider i praksis - superlederspoler nedsenket i flytende helium. Når indusert strøm og følgelig magnetfeltet kan lagres i dem i vilkårlig lang tid. Den kan nå en gigantisk verdi - over 100 000 oersted. I fremtiden vil det utvilsomt dukke opp kraftige industrielle superledende enheter - elektriske motorer, elektromagneter, etc.
I radioelektronikk begynner ultrasensitive forsterkere og generatorer av elektromagnetiske bølger å spille en betydelig rolle, som fungerer spesielt godt i bad med flytende helium - der den interne<шумы>utstyr. Innen elektronisk datateknologi loves en lys fremtid for superledende brytere med lav effekt - kryotroner (se art.<Пути электроники>).
Det er ikke vanskelig å forestille seg hvor fristende det ville være å fremme driften av slike enheter til høyere, mer tilgjengelige temperaturer. Nylig har håpet om å lage polymerfilmsuperledere blitt åpnet. Den særegne naturen til elektrisk ledningsevne i slike materialer lover en strålende mulighet til å opprettholde superledning selv ved romtemperatur. Forskere leter vedvarende etter måter å realisere dette håpet på.

I dypet av stjernene

Og la oss nå se inn i riket til den hotteste tingen i verden - inn i stjernenes tarm. Der temperaturen når millioner av grader.
Den kaotiske termiske bevegelsen i stjerner er så intens at hele atomer ikke kan eksistere der: de blir ødelagt i utallige kollisjoner.
Derfor kan et stoff som er så sterkt oppvarmet ikke være verken fast, flytende eller gassformet. Det er i plasmatilstand, dvs. en blanding av elektrisk ladet<осколков>atomer - atomkjerner og elektroner.
Plasma er en slags materietilstand. Siden partiklene er elektrisk ladet, adlyder de elektriske og magnetiske krefter følsomt. Derfor er nærhet til to atomkjerner (de har en positiv ladning) et sjeldent fenomen. Bare ved høye tettheter og enorme temperaturer kan atomkjerner som kolliderer med hverandre komme i nærheten. Da skjer det termonukleære reaksjoner - energikilden til stjerner.
Den nærmeste stjernen til oss - Solen består hovedsakelig av hydrogenplasma, som varmes opp i stjernens tarm opp til 10 millioner grader. Under slike forhold oppstår nærmøter av raske hydrogenkjerner - protoner, selv om de er sjeldne, skjer. Noen ganger samhandler protoner som nærmer seg: etter å ha overvunnet elektrisk frastøtning, faller de inn i kraften til gigantiske kjernefysiske tiltrekningskrefter, raskt<падают>hverandre og smelter sammen. Her skjer en øyeblikkelig omorganisering: i stedet for to protoner, vises et deuteron (kjernen til en tung isotop av hydrogen), et positron og en nøytrino. Energien som frigjøres er 0,46 millioner elektronvolt (Mev).
Hvert enkelt solproton kan gå inn i en slik reaksjon i gjennomsnitt én gang i løpet av 14 milliarder år. Men det er så mange protoner i innvollene til lyset at her og der finner denne usannsynlige hendelsen sted - og stjernen vår brenner med sin jevne, blendende flamme.
Syntesen av deuteroner er bare det første trinnet i solar termonukleære transformasjoner. Det nyfødte deuteronet kombineres veldig snart (i gjennomsnitt etter 5,7 sekunder) med ett proton til. Det er en kjerne av lett helium og et gamma-kvante av elektromagnetisk stråling. 5,48 MeV energi frigjøres.
Til slutt, i gjennomsnitt, en gang hver million år, kan to kjerner av lett helium konvergere og smelte sammen. Da dannes en vanlig heliumkjerne (alfapartikkel) og to protoner spaltes. 12,85 MeV energi frigjøres.
Denne tre-trinns<конвейер>termonukleære reaksjoner er ikke den eneste. Det er en annen kjede av kjernefysiske transformasjoner, raskere. Atomkjernene av karbon og nitrogen deltar i den (uten å bli konsumert). Men i begge tilfeller syntetiseres alfapartikler fra hydrogenkjerner. Billedlig talt solens hydrogenplasma<сгорает>, blir til<золу>- heliumplasma. Og i prosessen med syntese av hvert gram heliumplasma frigjøres 175 tusen kWh energi. Stor mengde!
Hvert sekund utstråler solen 41033 erg energi, og mister 41012 g (4 millioner tonn) materie i vekt. Men den totale massen til solen er 2 1027 tonn. Dette betyr at om en million år, på grunn av strålingen, vil solen<худеет>bare en ti milliondel av massen. Disse tallene illustrerer veltalende effektiviteten til termonukleære reaksjoner og den gigantiske brennverdien til solenergi.<горючего>- hydrogen.
Termonukleær fusjon ser ut til å være den viktigste energikilden for alle stjerner. Ved forskjellige temperaturer og tettheter i stjernenes indre finner forskjellige typer reaksjoner sted. Spesielt solenergi<зола>- heliumkjerner - ved 100 millioner grader blir det termonukleært selv<горючим>. Da kan enda tyngre atomkjerner - karbon og til og med oksygen - syntetiseres fra alfapartikler.
Ifølge mange forskere er hele vår Metagalaxy som helhet også frukten av termonukleær fusjon, som fant sted ved en temperatur på en milliard grader (se art.<Вселенная вчера, сегодня и завтра>).

Til den kunstige solen

Det ekstraordinære kaloriinnholdet i termonukleær<горючего>fikk forskerne til å søke kunstig implementering av kjernefysiske fusjonsreaksjoner.
<Горючего>Det er mange isotoper av hydrogen på planeten vår. For eksempel kan supertungt hydrogentritium oppnås fra litiummetall i atomreaktorer. Og tungt hydrogen - deuterium er en del av tungtvann, som kan utvinnes fra vanlig vann.
Tungt hydrogen utvunnet fra to glass vanlig vann vil gi like mye energi i en fusjonsreaktor som å brenne et fat med førsteklasses bensin nå gir.
Vanskeligheten ligger i forvarming<горючее>til temperaturer der den kan antennes med mektig termonukleær brann.
Dette problemet ble først løst i hydrogenbomben. Hydrogenisotoper der blir satt i brann ved eksplosjon av en atombombe, som er ledsaget av oppvarming av stoffet til mange titalls millioner grader. I en versjon av hydrogenbomben er det termonukleære brenselet en kjemisk forbindelse av tungt hydrogen med lett litium - deuterid av lett l og t og i. Dette hvite pulveret, som ligner på bordsalt,<воспламеняясь>fra<спички>, som er atombomben, eksploderer øyeblikkelig og skaper en temperatur på hundrevis av millioner grader.
For å sette i gang en fredelig termonukleær reaksjon, må man først og fremst lære hvordan man, uten tjenester fra en atombombe, kan varme opp små doser av et tilstrekkelig tett plasma av hydrogenisotoper til temperaturer på hundrevis av millioner av grader. Dette problemet er et av de vanskeligste i moderne anvendt fysikk. Forskere fra hele verden har jobbet med det i mange år.
Vi har allerede sagt at det er den kaotiske bevegelsen til partikler som skaper oppvarming av legemer, og den gjennomsnittlige energien til deres tilfeldige bevegelse tilsvarer temperaturen. Å varme opp en kald kropp betyr å skape denne lidelsen på noen måte.
Tenk deg at to grupper av løpere raskt haster mot hverandre. Så de kolliderte, blandet seg, en folkemengde begynte, forvirring. Stort rot!
Omtrent på samme måte forsøkte fysikere først å oppnå høy temperatur - ved å skyve høytrykksgassstråler. Gassen ble varmet opp til 10 tusen grader. En gang var det rekord: temperaturen er høyere enn på overflaten av solen.
Men med denne metoden er ytterligere, ganske langsom, ikke-eksplosiv oppvarming av gassen umulig, siden termisk forstyrrelse øyeblikkelig sprer seg i alle retninger, og varmer opp veggene i forsøkskammeret og miljøet. Den resulterende varmen forlater raskt systemet og det er umulig å isolere det.
Hvis gassstrålene erstattes av plasmastrømmer, forblir problemet med termisk isolasjon svært vanskelig, men det er også håp for løsningen.
Riktignok kan plasma ikke beskyttes mot varmetap av kar laget av selv det mest ildfaste stoffet. I kontakt med solide vegger avkjøles det varme plasmaet umiddelbart. På den annen side kan man prøve å holde og varme opp plasmaet ved å skape dets opphopning i et vakuum slik at det ikke berører veggene i kammeret, men henger i tomrommet, uten å berøre noe. Her bør man utnytte det faktum at plasmapartikler ikke er nøytrale, som gassatomer, men elektrisk ladet. Derfor, i bevegelse, er de utsatt for virkningen av magnetiske krefter. Problemet oppstår: å arrangere et magnetfelt med en spesiell konfigurasjon der det varme plasmaet vil henge som i en pose med usynlige vegger.
Den enkleste formen for et slikt elektrisk felt skapes automatisk når sterke elektriske strømpulser føres gjennom plasmaet. I dette tilfellet induseres magnetiske krefter rundt plasmafilamentet, som har en tendens til å komprimere filamentet. Plasmaet skiller seg fra veggene i utladningsrøret, og temperaturen stiger til 2 millioner grader nær filamentets akse i et rush av partikler.
I vårt land ble slike eksperimenter utført så tidlig som i 1950 under veiledning av Academicians JI. A. Artsimovich og M.A. Leontovich.
En annen retning for eksperimenter er bruken av en magnetisk flaske, foreslått i 1952 av den sovjetiske fysikeren G. I. Budker, nå en akademiker. Den magnetiske flasken er plassert i en korktron - et sylindrisk vakuumkammer utstyrt med en ekstern vikling, som tykner i endene av kammeret. Strømmen som flyter gjennom viklingen skaper et magnetisk felt i kammeret. Dens kraftlinjer i midtdelen er parallelle med sylinderens generatriser, og i endene er de komprimert og danner magnetiske plugger. Plasmapartikler injisert i en magnetisk flaske krøller seg rundt kraftlinjene og reflekteres fra korkene. Som et resultat holdes plasmaet inne i flasken i noen tid. Hvis energien til plasmapartiklene som er introdusert i flasken er høy nok og det er nok av dem, går de inn i komplekse kraftinteraksjoner, deres opprinnelig ordnede bevegelse blir viklet inn, blir uordnet - temperaturen til hydrogenkjerner stiger til titalls millioner grader .
Ytterligere oppvarming oppnås ved elektromagnetisk<ударами>ved plasma, magnetfeltkompresjon osv. Nå varmes plasmaet til tunge hydrogenkjerner opp til hundrevis av millioner grader. Riktignok kan dette gjøres enten for kort tid eller ved lav plasmatetthet.
For å stimulere en selvopprettholdende reaksjon, er det nødvendig å øke temperaturen og tettheten til plasmaet ytterligere. Dette er vanskelig å få til. Imidlertid er problemet, som forskerne er overbevist om, unektelig løses.

G.B. Anfilov

Det er tillatt å legge ut bilder og sitere artikler fra nettstedet vårt på andre ressurser forutsatt at en lenke til kilden og bildene er gitt.

Har du noen gang tenkt på hvor kald temperaturen kan være? Hva er absolutt null? Vil menneskeheten noen gang kunne oppnå det, og hvilke muligheter vil åpne seg etter en slik oppdagelse? Disse og andre lignende spørsmål har lenge opptatt hodet til mange fysikere og rett og slett nysgjerrige mennesker.

Hva er absolutt null

Selv om du ikke likte fysikk siden barndommen, kjenner du sannsynligvis til begrepet temperatur. Takket være den molekylære kinetiske teorien, vet vi nå at det er en viss statisk sammenheng mellom den og bevegelsene til molekyler og atomer: Jo høyere temperatur på en fysisk kropp, jo raskere beveger atomene seg, og omvendt. Spørsmålet oppstår: "Er det en slik nedre grense for hvilken elementærpartikler vil fryse på plass?". Forskere mener at dette er teoretisk mulig, termometeret vil ligge på rundt -273,15 grader Celsius. Denne verdien kalles absolutt null. Dette er med andre ord minimumsgrensen som en fysisk kropp kan avkjøles til. Det er til og med en absolutt temperaturskala (Kelvin-skalaen), der absolutt null er referansepunktet, og en enhetsdeling av skalaen er lik en grad. Forskere over hele verden slutter ikke å jobbe for å oppnå denne verdien, siden dette lover store utsikter for menneskeheten.

Hvorfor er det så viktig

Ekstremt lave og ekstremt høye temperaturer er nært knyttet til konseptet superfluiditet og superledning. Forsvinningen av elektrisk motstand i superledere vil gjøre det mulig å oppnå utenkelige verdier av effektivitet og eliminere eventuelle energitap. Hvis det var mulig å finne en måte som ville tillate en fritt å nå verdien av "absolutt null", ville mange av menneskehetens problemer være løst. Tog som svever over skinnene, lettere og mindre motorer, transformatorer og generatorer, høypresisjonsmagnetoencefalografi, høypresisjonsklokker er bare noen få eksempler på hva superledning kan tilføre livene våre.

Siste vitenskapelige prestasjoner

I september 2003 klarte forskere fra MIT og NASA å kjøle ned natriumgass til et lavt nivå noensinne. Under forsøket var de bare en halv milliarddel av en grad fra målstreken (absolutt null). Under testene var natrium alltid i et magnetfelt, som hindret det i å berøre veggene i beholderen. Hvis det var mulig å overvinne temperaturbarrieren, ville den molekylære bevegelsen i gassen stoppet helt opp, fordi slik avkjøling ville trekke ut all energien fra natrium. Forskerne brukte en teknikk hvis forfatter (Wolfgang Ketterle) mottok Nobelprisen i fysikk i 2001. Nøkkelpunktet i testene som ble utført var de gassformige Bose-Einstein kondensasjonsprosessene. I mellomtiden har ingen ennå kansellert termodynamikkens tredje lov, ifølge hvilken absolutt null ikke bare er en uoverkommelig, men også en uoppnåelig verdi. I tillegg gjelder Heisenberg-usikkerhetsprinsippet, og atomer kan rett og slett ikke stoppe i sine spor. Dermed forblir den absolutte nulltemperaturen for vitenskap foreløpig uoppnåelig, selv om forskere har vært i stand til å nærme seg den på ubetydelig liten avstand.

Begrepet "temperatur" dukket opp i en tid da fysikere trodde at varme kropper består av en større mengde av et spesifikt stoff - kaloriholdig - enn de samme kroppene, men kalde. Og temperaturen ble tolket som en verdi som tilsvarer mengden kalori i kroppen. Siden den gang er temperaturen til enhver kropp målt i grader. Men i virkeligheten er det et mål på den kinetiske energien til bevegelige molekyler, og basert på dette bør den måles i Joule, i samsvar med SI-enhetssystemet.

Konseptet "absolutt null temperatur" kommer fra termodynamikkens andre lov. I følge den er prosessen med å overføre varme fra en kald kropp til en varm umulig. Dette konseptet ble introdusert av den engelske fysikeren W. Thomson. For prestasjoner innen fysikk ble han tildelt den adelige tittelen "Lord" og tittelen "Baron Kelvin". I 1848 foreslo W. Thomson (Kelvin) å bruke en temperaturskala, der han tok utgangspunkt i den absolutte nulltemperaturen tilsvarende den ekstreme kulden, og tok grader Celsius som divisjonspris. Enheten til Kelvin er 1/27316 av temperaturen til trippelpunktet for vann (ca. 0 grader C), dvs. temperaturen der rent vann eksisterer i tre former samtidig: is, flytende vann og damp. temperatur er den lavest mulig lave temperaturen der bevegelsen av molekyler stopper, og det er ikke lenger mulig å trekke ut termisk energi fra stoffet. Siden den gang har den absolutte temperaturskalaen blitt oppkalt etter ham.

Temperaturen måles på forskjellige skalaer

Den mest brukte temperaturskalaen kalles Celsius-skalaen. Den er bygget på to punkter: på temperaturen i faseovergangen til vann fra væske til damp og vann til is. A. Celsius i 1742 foreslo å dele avstanden mellom referansepunkter i 100 intervaller, og ta vann som null, mens frysepunktet er 100 grader. Men svensken K. Linnaeus foreslo å gjøre det motsatte. Siden da fryser vann ved null grader A. Celsius. Selv om det skal koke nøyaktig i Celsius. Absolutt null i Celsius tilsvarer minus 273,16 grader Celsius.

Det er flere temperaturskalaer: Fahrenheit, Réaumur, Rankine, Newton, Roemer. De har forskjellige og prisinndelinger. For eksempel er Réaumur-skalaen også bygget på referansene for koking og frysing av vann, men den har 80 divisjoner. Fahrenheit-skalaen, som dukket opp i 1724, brukes i hverdagen bare i noen land i verden, inkludert USA; den ene er temperaturen på blandingen av vannis - ammoniakk og den andre er temperaturen på menneskekroppen. Skalaen er delt inn i hundre divisjoner. Null Celsius tilsvarer 32 Konverteringen av grader til Fahrenheit kan gjøres ved å bruke formelen: F \u003d 1,8 C + 32. Omvendt oversettelse: C \u003d (F - 32) / 1,8, hvor: F - grader Fahrenheit, C - grader Celsius. Hvis du er for lat til å telle, gå til den elektroniske konverteringstjenesten Celsius til Fahrenheit. Skriv inn antall grader Celsius i boksen, klikk på "Beregn", velg "Fahrenheit" og klikk på "Start". Resultatet vises umiddelbart.

Oppkalt etter den engelske (mer presist skotske) fysikeren William J. Rankin, en tidligere samtidige av Kelvin og en av grunnleggerne av teknisk termodynamikk. Det er tre viktige punkter i skalaen hans: begynnelsen er absolutt null, frysepunktet for vann er 491,67 grader Rankine og kokepunktet for vann er 671,67 grader. Antall delinger mellom frysing av vann og koking i både Rankine og Fahrenheit er 180.

De fleste av disse skalaene brukes utelukkende av fysikere. Og 40 % av amerikanske videregående elever som ble spurt i disse dager sa at de ikke vet hva absolutt nulltemperatur er.

Det fysiske konseptet "absolutt null temperatur" er veldig viktig for moderne vitenskap: et slikt konsept som superledning, oppdagelsen av det gjorde et sprut i andre halvdel av det 20. århundre, er nært knyttet til det.

For å forstå hva absolutt null er, bør man referere til verkene til så kjente fysikere som G. Fahrenheit, A. Celsius, J. Gay-Lussac og W. Thomson. Det var de som spilte en nøkkelrolle i opprettelsen av de viktigste temperaturskalaene som fortsatt brukes i dag.

Den første som ga sin egen temperaturskala i 1714 var den tyske fysikeren G. Fahrenheit. Samtidig ble temperaturen på blandingen, som inkluderte snø og ammoniakk, tatt som absolutt null, det vil si det laveste punktet på denne skalaen. Den neste viktige indikatoren var som begynte å være lik 1000. Følgelig ble hver divisjon av denne skalaen kalt "grader Fahrenheit", og selve skalaen ble kalt "Fahrenheit-skalaen".

Etter 30 år foreslo den svenske astronomen A. Celsius sin egen temperaturskala, der hovedpunktene var smeltetemperaturen til is og vann. Denne skalaen ble kalt "Celsius-skalaen", den er fortsatt populær i de fleste land i verden, inkludert Russland.

I 1802, mens han utførte sine berømte eksperimenter, oppdaget den franske forskeren J. Gay-Lussac at volumet til en gassmasse ved konstant trykk er direkte avhengig av temperaturen. Men det mest kuriøse var at når temperaturen endret seg med 10 Celsius, økte eller sank volumet av gassen like mye. Etter å ha gjort de nødvendige beregningene, fant Gay-Lussac at denne verdien var lik 1/273 av volumet av gass ved en temperatur lik 0C.

Den åpenbare konklusjonen fulgte av denne loven: temperaturen lik -2730C er den laveste temperaturen, til og med nærmer seg den det er umulig å nå den. Denne temperaturen kalles "absolutt nulltemperatur".

Dessuten ble absolutt null utgangspunktet for å lage den absolutte temperaturskalaen, der den engelske fysikeren W. Thomson, også kjent som Lord Kelvin, deltok aktivt.

Hovedforskningen hans gjaldt beviset på at ingen kropp i naturen kan kjøles under absolutt null. Samtidig brukte han aktivt den andre, derfor ble den absolutte temperaturskalaen introdusert av ham i 1848 kjent som den termodynamiske eller "Kelvin-skalaen".

I de påfølgende årene og tiårene fant bare en numerisk foredling av konseptet "absolutt null" sted, som etter en rekke avtaler begynte å bli ansett som lik -273.150С.

Det er også verdt å merke seg at absolutt null spiller en svært viktig rolle i hele det faktum at i 1960 på den neste generalkonferansen om vekter og mål ble enheten for termodynamisk temperatur - kelvin - en av de seks grunnleggende måleenhetene. Samtidig ble det spesifikt fastsatt at en grad Kelvin er numerisk lik en, bare her anses referansepunktet "ifølge Kelvin" å være absolutt null, det vil si -273.150С.

Den viktigste fysiske betydningen av absolutt null er at, i henhold til de grunnleggende fysiske lovene, ved en slik temperatur, er bevegelsesenergien til elementære partikler, slik som atomer og molekyler, lik null, og i dette tilfellet, enhver kaotisk bevegelse av nettopp disse partiklene bør stoppe. Ved en temperatur lik absolutt null bør atomer og molekyler ta en klar posisjon i hovedpunktene i krystallgitteret, og danne et ordnet system.

Foreløpig har forskere ved hjelp av spesialutstyr vært i stand til å oppnå en temperatur som bare er noen få milliondeler høyere enn absolutt null. Det er fysisk umulig å oppnå denne verdien selv på grunn av termodynamikkens andre lov beskrevet ovenfor.

Absolutt null temperatur

Den begrensende temperaturen ved hvilken volumet av en ideell gass blir null, tas som absolutt null temperatur.

La oss finne verdien av absolutt null på Celsius-skalaen.
Sette likhetstegn mellom volum V i formel (3.1) til null og tatt i betraktning det

.

Derfor er den absolutte nulltemperaturen

t= -273 °С. 2

Dette er den begrensende, laveste temperaturen i naturen, den "største eller siste kuldegraden", som Lomonosov spådde eksistensen av.

De høyeste temperaturene på jorden - hundrevis av millioner grader - ble oppnådd under eksplosjonene av termonukleære bomber. Enda høyere temperaturer er karakteristiske for de indre områdene til noen stjerner.

2A mer nøyaktig verdi for absolutt null: -273,15°C.

Kelvin skala

Den engelske vitenskapsmannen W. Kelvin introduserte absolutt skala temperaturer. Nulltemperatur på Kelvin-skalaen tilsvarer absolutt null, og temperaturenheten på denne skalaen er lik grader Celsius, så den absolutte temperaturen T er relatert til temperatur på Celsius-skalaen med formelen

T = t + 273. (3.2)

På fig. 3.2 viser den absolutte skalaen og Celsius-skalaen for sammenligning.

SI-enheten for absolutt temperatur kalles kelvin(forkortet til K). Derfor tilsvarer én grad Celsius én grad Kelvin:

Dermed er den absolutte temperaturen, i henhold til definisjonen gitt av formel (3.2), en avledet størrelse som avhenger av Celsius-temperaturen og av den eksperimentelt bestemte verdien av a.

Leser: Hva er den fysiske betydningen av absolutt temperatur?

Vi skriver uttrykk (3.1) i formen

.

Gitt at temperaturen på Kelvin-skalaen er relatert til temperaturen på Celsius-skalaen ved forholdet T = t + 273, får vi

hvor T 0 = 273 K, eller

Siden dette forholdet er gyldig for en vilkårlig temperatur T, så kan Gay-Lussac-loven formuleres som følger:

For en gitt masse gass ved p = const, er relasjonen

Oppgave 3.1. Ved en temperatur T 1 = 300 K gassvolum V 1 = 5,0 l. Bestem volumet av gass ved samme trykk og temperatur T= 400 K.

STOPPE! Bestem selv: A1, B6, C2.

Oppgave 3.2. Ved isobar oppvarming økte luftvolumet med 1 %. Med hvor mange prosent økte den absolutte temperaturen?

= 0,01.

Svar: 1 %.

Husk den resulterende formelen

STOPPE! Bestem selv: A2, A3, B1, B5.

Charles' lov

Den franske forskeren Charles fant eksperimentelt at hvis du varmer opp en gass slik at volumet forblir konstant, vil trykket på gassen øke. Trykkavhengigheten av temperaturen har formen:

R(t) = s 0 (1 + b t), (3.6)

hvor R(t) er trykk ved temperatur t°C; R 0 – trykk ved 0 °C; b er temperaturkoeffisienten for trykk, som er lik for alle gasser: 1/K.

Leser: Overraskende nok er temperaturkoeffisienten til trykk b nøyaktig lik temperaturkoeffisienten for volumetrisk ekspansjon a!

La oss ta en viss gassmasse med et volum V 0 ved temperatur T 0 og trykk R 0 . For første gang, mens vi holder trykket på gassen konstant, varmer vi den opp til en temperatur T en . Da vil gassen ha volum V 1 = V 0 (1 + a t) og trykk R 0 .

Den andre gangen, mens volumet av gassen holdes konstant, varmer vi den opp til samme temperatur T en . Da vil gassen ha trykk R 1 = R 0 (1 + b t) og volum V 0 .

Siden gasstemperaturen er den samme i begge tilfeller, er Boyle-Mariotte-loven gyldig:

s 0 V 1 = s 1 V 0 Þ R 0 V 0 (1 + a t) = R 0 (1 + b t)V 0 Þ

Þ 1 + a t = 1+b tÞ a = b.

Så det er ikke noe overraskende i det faktum at a = b, nei!

La oss omskrive Charles's lov i formen

.

Gitt at T = t°С + 273 °С, T 0 \u003d 273 ° С, vi får