ค่าสัมบูรณ์ 0 ทำไมอุณหภูมิถึงศูนย์สัมบูรณ์จึงเป็นไปไม่ได้
เมื่อรายงานสภาพอากาศคาดการณ์ว่าอุณหภูมิใกล้ศูนย์ คุณไม่ควรไปลานสเก็ต เพราะน้ำแข็งจะละลาย อุณหภูมิหลอมละลายของน้ำแข็งอยู่ที่ 0 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นระดับอุณหภูมิที่พบบ่อยที่สุด
เราคุ้นเคยกับค่าลบองศาเซลเซียสสเกล-องศาเซลเซียส<ниже
нуля>, องศาความเย็น. ที่สุด อุณหภูมิต่ำบนโลกถูกบันทึกไว้ในทวีปแอนตาร์กติกา: -88.3°C อุณหภูมิที่ต่ำกว่านั้นก็เป็นไปได้นอกโลก บนพื้นผิวดวงจันทร์ในเวลาเที่ยงคืนของดวงจันทร์ อุณหภูมิอาจสูงถึง -160°C
แต่อุณหภูมิที่ต่ำโดยพลการไม่สามารถมีได้ทุกที่
อุณหภูมิที่ต่ำมาก - ศูนย์สัมบูรณ์ - ในระดับเซลเซียสสอดคล้องกับ - 273.16° จากเป็นศูนย์สัมบูรณ์ มีต้นกำเนิดมาจากสเกลอุณหภูมิสัมบูรณ์ คือ สเกลเคลวิน น้ำแข็งละลายที่ 273.16° เคลวิน และน้ำเดือดที่ 373.16° K ดังนั้น องศา Kเท่ากับระดับหนึ่ง
C. แต่ในระดับเคลวิน อุณหภูมิทั้งหมดจะเป็นค่าบวก
ทำไม 0°K ถึงเป็นขีดจำกัดความเย็น?<пляска>ความร้อนคือการเคลื่อนที่อย่างวุ่นวายของอะตอมและโมเลกุลของสาร เมื่อสารเย็นลง พลังงานความร้อนจะถูกกำจัดออกไป และการเคลื่อนที่แบบสุ่มของอนุภาคจะลดลง ในที่สุดก็มีความเย็นจัดความร้อน อนุภาคจะหยุดเกือบสมบูรณ์ อะตอมและโมเลกุลจะแข็งตัวอย่างสมบูรณ์ที่อุณหภูมิซึ่งถือเป็นศูนย์สัมบูรณ์ตามหลักการ
กลศาสตร์ควอนตัม<идти медленнее, чем стоять на месте>.
ที่ศูนย์สัมบูรณ์ การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอนุภาคจะหยุดลง แต่ตัวอนุภาคเองก็จะไม่แข็งตัว เนื่องจากพวกมันไม่สามารถอยู่นิ่งได้อย่างสมบูรณ์ ดังนั้น ที่ศูนย์สัมบูรณ์ อนุภาคจะต้องคงการเคลื่อนที่บางประเภทไว้ ซึ่งเรียกว่าการเคลื่อนที่เป็นศูนย์
อย่างไรก็ตาม การทำให้สารเย็นลงที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์สัมบูรณ์ถือเป็นแนวคิดที่ไม่มีความหมายเท่ากับความตั้งใจ
ยิ่งกว่านั้น แม้แต่การบรรลุศูนย์สัมบูรณ์ที่แน่นอนก็แทบจะเป็นไปไม่ได้เลย คุณสามารถใกล้ชิดกับเขามากขึ้นเท่านั้น เนื่องจากไม่มีทางที่จะดึงพลังงานความร้อนของสารออกไปได้ทั้งหมด พลังงานความร้อนบางส่วนยังคงอยู่ที่การทำความเย็นที่ลึกที่สุด
ในตู้เย็นในครัวเรือนและอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ความร้อนจะถูกกำจัดออกไปเนื่องจากการระเหยของของเหลวพิเศษ - ฟรีออนซึ่งไหลเวียนผ่านท่อโลหะ ความลับก็คือฟรีออนสามารถคงอยู่ในสถานะของเหลวได้ที่อุณหภูมิต่ำเพียงพอเท่านั้น ในช่องตู้เย็นเนื่องจากความร้อนของห้อง มันจึงร้อนขึ้นและเดือดจนกลายเป็นไอน้ำ แต่ไอน้ำจะถูกบีบอัดโดยคอมเพรสเซอร์ ทำให้กลายเป็นของเหลวและเข้าสู่เครื่องระเหย เพื่อเติมเต็มการสูญเสียฟรีออนที่ระเหยไป พลังงานถูกใช้ไปเพื่อใช้งานคอมเพรสเซอร์
ในอุปกรณ์ทำความเย็นแบบลึก ตัวพาความเย็นนั้นเป็นของเหลวที่มีความเย็นเป็นพิเศษ - ฮีเลียมเหลว ไม่มีสี สว่าง (เบากว่าน้ำ 8 เท่า) เมื่อเดือด ความดันบรรยากาศที่ 4.2°K และในสุญญากาศ - ที่ 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 ด้วยอุณหภูมิต่ำสุดทำได้ในลักษณะที่แตกต่างออกไป ปรากฎว่าโมเลกุลของเกลือบางชนิด เช่น โพแทสเซียมโครเมียมสารส้ม สามารถหมุนไปตามแรงได้ เส้นแม่เหล็ก- เกลือนี้ถูกทำให้เย็นลงล่วงหน้าด้วยฮีเลียมเหลวจนถึง 1°K และวางไว้ในสนามแม่เหล็กแรงสูง ในกรณีนี้โมเลกุลจะหมุนไปตาม สายไฟและความร้อนที่ปล่อยออกมาจะถูกกำจัดออกไปโดยฮีเลียมเหลว จากนั้นสนามแม่เหล็กจะถูกลบออกอย่างกะทันหัน โมเลกุลจึงกลับเข้ามาอีกครั้ง
ด้านที่แตกต่างกัน
และใช้จ่าย
สารที่ถูกแช่แข็งจนถึงอุณหภูมิต่ำมากในอ่างฮีเลียมเหลวจะเปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัด ยางจะเปราะ ตะกั่วจะแข็งเหมือนเหล็กและยืดหยุ่น โลหะผสมหลายชนิดเพิ่มความแข็งแรง
ฮีเลียมเหลวนั้นมีพฤติกรรมแปลกประหลาด ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 2.2° K จะได้คุณสมบัติที่ไม่เคยมีมาก่อนสำหรับของเหลวธรรมดา - สภาพของเหลวยิ่งยวด: บางส่วนสูญเสียความหนืดไปโดยสิ้นเชิงและไหลผ่านรอยแตกที่แคบที่สุดโดยไม่มีการเสียดสี
ปรากฏการณ์นี้ถูกค้นพบในปี 1937 โดย P. JI นักวิชาการฟิสิกส์ชาวโซเวียต
กะปิตสาจึงได้รับการอธิบายโดยนักวิชาการเจไอ ดี. แลนเดา. ปรากฎว่าที่อุณหภูมิต่ำมากพวกมันเริ่มมีผลที่เห็นได้ชัดเจนกฎควอนตัม
พฤติกรรมของสาร ตามที่กฎหมายข้อใดข้อหนึ่งกำหนดไว้ พลังงานสามารถถ่ายโอนจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายได้เฉพาะในส่วนที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนเท่านั้น นั่นก็คือควอนตัม ควอนตัมความร้อนในฮีเลียมเหลวมีน้อยมากจนไม่เพียงพอสำหรับอะตอมทั้งหมด ส่วนของของเหลวที่ปราศจากควอนตัมความร้อนจะคงอยู่ราวกับอุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์ อะตอมของมันไม่มีส่วนร่วมในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนแบบสุ่มเลยและไม่มีปฏิกิริยาใด ๆ กับผนังของภาชนะ ส่วนนี้ (เรียกว่าฮีเลียม-H) มีความไหลยิ่งยวด เมื่ออุณหภูมิลดลง ฮีเลียม-P จะมีมากขึ้นเรื่อยๆ และเมื่อถึงศูนย์สัมบูรณ์ ฮีเลียมทั้งหมดจะกลายเป็นฮีเลียม-H ปัจจุบัน สารไหลยิ่งยวดได้รับการศึกษาอย่างละเอียดและยังพบว่ามีประโยชน์อีกด้วยการประยุกต์ใช้จริง
: ด้วยความช่วยเหลือทำให้สามารถแยกไอโซโทปฮีเลียมได้
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 พบการพึ่งพา อุณหภูมิวิกฤตจากโครงสร้างภายในของวัสดุและภายนอก สนามแม่เหล็ก- ทฤษฎีเชิงลึกของความเป็นตัวนำยิ่งยวดได้รับการพัฒนา (การสนับสนุนที่สำคัญเกิดขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียต N. N. Bogolyubov)
สาระสำคัญของปรากฏการณ์ที่ขัดแย้งกันนี้คือควอนตัมล้วนๆ ที่อุณหภูมิต่ำมาก อิเล็กตรอนจะเข้ามา
ตัวนำยิ่งยวดก่อตัวเป็นระบบอนุภาคที่ถูกผูกมัดแบบคู่ซึ่งไม่สามารถปล่อยพลังงานได้ ตาข่ายคริสตัลใช้พลังงานปริมาณหนึ่งเพื่อให้ความร้อน คู่ของอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ราวกับว่า<танцуя>, ระหว่าง<прутьями решетки>- ไอออนและบายพาสพวกมันโดยไม่เกิดการชนและการถ่ายโอนพลังงาน
การนำยิ่งยวดถูกนำมาใช้มากขึ้นในเทคโนโลยี
ตัวอย่างเช่นในทางปฏิบัติมีการใช้โซลินอยด์ตัวนำยิ่งยวด - คอยล์ของตัวนำยิ่งยวดที่แช่อยู่ในฮีเลียมเหลว เมื่อกระแสเหนี่ยวนำและเป็นผลให้สนามแม่เหล็กสามารถเก็บไว้ในนั้นได้นานเท่าที่ต้องการ
มันมีขนาดมหึมา - มากกว่า 100,000 ตัว ในอนาคตอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดทางอุตสาหกรรมที่ทรงพลังจะปรากฏขึ้นอย่างไม่ต้องสงสัย - มอเตอร์ไฟฟ้าแม่เหล็กไฟฟ้า ฯลฯ ในด้านวิทยุอิเล็กทรอนิกส์บทบาทที่สำคัญ แอมพลิฟายเออร์และออสซิลเลเตอร์ที่มีความไวสูงเป็นพิเศษจะเริ่มเล่นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า<шумы>ซึ่งทำงานได้ดีโดยเฉพาะในอ่างที่มีฮีเลียมเหลว - อยู่ข้างใน<Пути электроники>).
อุปกรณ์. ในเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ อนาคตอันสดใสได้รับการสัญญาไว้สำหรับสวิตช์ตัวนำยิ่งยวดที่ใช้พลังงานต่ำ - ไครโอตรอน (ดูข้อ 13) ไม่ใช่เรื่องยากเลยที่จะจินตนาการว่าการเลื่อนการทำงานของอุปกรณ์ดังกล่าวไปสู่บริเวณที่มีอุณหภูมิสูงกว่าและเข้าถึงได้มากขึ้นนั้นน่าดึงดูดใจเพียงใด ในเมื่อเร็วๆ นี้
ในส่วนลึกของดวงดาว
ทีนี้เรามาดูอาณาจักรของสิ่งที่ร้อนแรงที่สุดในโลก - ในส่วนลึกของดวงดาวกัน ที่อุณหภูมิสูงถึงล้านองศา
สารที่มีความร้อนมากไม่สามารถเป็นได้ทั้งของแข็ง ของเหลว และก๊าซ อยู่ในสถานะพลาสมา กล่าวคือ เป็นส่วนผสมของประจุไฟฟ้า<осколков>อะตอม - นิวเคลียสของอะตอมและอิเล็กตรอน
พลาสมาเป็นสถานะของสสารที่มีลักษณะเฉพาะ เนื่องจากอนุภาคมีประจุไฟฟ้า จึงมีความไวต่อแรงไฟฟ้าและแม่เหล็ก ดังนั้นความใกล้ชิดของนิวเคลียสของอะตอมทั้งสอง (พวกมันพกพา) ประจุบวก) เป็นปรากฏการณ์ที่หาได้ยาก เมื่อเท่านั้น ความหนาแน่นสูงและอุณหภูมิอันมหาศาลปะทะกัน นิวเคลียสของอะตอมสามารถเข้าใกล้ได้ 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 นิวเคลียสฮีเลียมเบาและรังสีแกมมาปรากฏขึ้นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า
- 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) แต่ในทั้งสองทางเลือก อนุภาคอัลฟาถูกสังเคราะห์จากนิวเคลียสของไฮโดรเจน หากพูดเป็นรูปเป็นร่าง พลาสมาไฮโดรเจนของดวงอาทิตย์ , กลายเป็น!
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 ที่อุณหภูมิที่แตกต่างกัน<зола>และความหนาแน่นของภายในดาวฤกษ์ ปฏิกิริยาประเภทต่างๆ ก็เกิดขึ้น 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
ไฮโดรเจนหนักที่สกัดจากน้ำธรรมดาสองแก้วจะให้พลังงานในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสได้มากเท่ากับที่ผลิตได้จากการเผาไหม้น้ำมันเบนซินคุณภาพเยี่ยมหนึ่งถัง<горючее>ความยากคือการอุ่นเครื่อง
จนถึงอุณหภูมิที่สามารถจุดติดไฟได้ด้วยไฟแสนสาหัสแสนสาหัส ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขครั้งแรกในระเบิดไฮโดรเจน ไอโซโทปไฮโดรเจนที่นั่นจุดติดไฟจากการระเบิดระเบิดปรมาณู ซึ่งมาพร้อมกับการให้ความร้อนแก่สารถึงหลายสิบล้านองศา ในระเบิดไฮโดรเจนเวอร์ชันหนึ่ง เชื้อเพลิงแสนสาหัสคือสารประกอบเคมี<воспламеняясь>ไฮโดรเจนหนักที่มีลิเธียมเบา - ลิเธียมดิวเทอไรด์แบบเบา ผงสีขาวนี้คล้ายกับเกลือแกง<спички>จาก
ซึ่งเป็นระเบิดปรมาณูระเบิดทันทีและสร้างอุณหภูมิหลายร้อยล้านองศา
เพื่อเริ่มต้นปฏิกิริยาแสนสาหัสอย่างสันติ ก่อนอื่นเราต้องเรียนรู้วิธีให้ความร้อนไอโซโทปไฮโดรเจนในพลาสมาที่มีความหนาแน่นเพียงพอในปริมาณเล็กน้อยจนถึงอุณหภูมิหลายร้อยล้านองศาโดยไม่ต้องใช้ระเบิดปรมาณู ปัญหานี้เป็นหนึ่งในปัญหาที่ยากที่สุดในฟิสิกส์ประยุกต์สมัยใหม่ นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกได้ศึกษาเรื่องนี้มาหลายปีแล้ว เราได้กล่าวไปแล้วว่าเป็นการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่วุ่นวายซึ่งสร้างความร้อนให้กับร่างกายและการเคลื่อนที่แบบสุ่มและสอดคล้องกับอุณหภูมิ การอุ่นร่างกายให้เย็นหมายถึงการสร้างความผิดปกตินี้ในทางใดทางหนึ่ง
ลองนึกภาพนักวิ่งสองกลุ่มวิ่งเข้าหากัน ดังนั้นพวกเขาจึงปะทะกัน ปะปนกัน ความหลงใหลและความสับสนเริ่มขึ้น
วุ่นวายมาก! ในทำนองเดียวกัน ในตอนแรกนักฟิสิกส์พยายามที่จะได้รับอุณหภูมิสูงโดยการชนกับไอพ่นก๊าซแรงดันสูง
- ก๊าซร้อนถึง 10,000 องศา ครั้งหนึ่งนี่เป็นบันทึก: อุณหภูมิสูงกว่าบนพื้นผิวดวงอาทิตย์
แต่ด้วยวิธีนี้ การให้ความร้อนของก๊าซโดยไม่ระเบิดค่อนข้างช้าและไม่ระเบิดนั้นเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากความผิดปกติของความร้อนจะแพร่กระจายไปทุกทิศทางในทันที ทำให้ผนังของห้องทดลองและสิ่งแวดล้อมอุ่นขึ้น ความร้อนที่เกิดขึ้นจะออกจากระบบอย่างรวดเร็วและไม่สามารถแยกออกจากระบบได้
หากไอพ่นก๊าซถูกแทนที่ด้วยกระแสพลาสมา ปัญหาของฉนวนกันความร้อนยังคงยากมาก แต่ก็มีความหวังในการแก้ปัญหาเช่นกัน
จริงอยู่ที่พลาสมาไม่สามารถป้องกันการสูญเสียความร้อนได้ด้วยภาชนะที่ทำจากแม้แต่สารที่ทนไฟได้มากที่สุด เมื่อสัมผัสกับผนังทึบ พลาสมาร้อนจะเย็นลงทันที แต่คุณสามารถลองจับและให้ความร้อนพลาสมาได้โดยสร้างการสะสมในสุญญากาศเพื่อไม่ให้สัมผัสกับผนังห้อง แต่แขวนอยู่ในความว่างเปล่าโดยไม่สัมผัสอะไรเลย ในที่นี้เราควรใช้ประโยชน์จากข้อเท็จจริงที่ว่าอนุภาคพลาสมาไม่เป็นกลางเหมือนอะตอมของก๊าซ แต่มีประจุไฟฟ้า ดังนั้นเมื่อเคลื่อนที่จึงสัมผัสกับแรงแม่เหล็ก ภารกิจเกิดขึ้น: สร้างสนามแม่เหล็กที่มีโครงสร้างพิเศษซึ่งพลาสมาร้อนจะแขวนราวกับอยู่ในถุงที่มีผนังที่มองไม่เห็นแบบฟอร์มที่ง่ายที่สุด พลังงานประเภทนี้ถูกสร้างขึ้นโดยอัตโนมัติเมื่อมีการส่งพัลส์ที่แรงผ่านพลาสมากระแสไฟฟ้า
- ในกรณีนี้ แรงแม่เหล็กจะเกิดขึ้นรอบๆ สายพลาสมา ซึ่งมีแนวโน้มที่จะบีบอัดสาย
การทดลองอีกประการหนึ่งคือการใช้ขวดแม่เหล็กที่เสนอในปี 1952 โดยนักฟิสิกส์ชาวโซเวียต G.I. Budker ซึ่งปัจจุบันเป็นนักวิชาการ ขวดแม่เหล็กวางอยู่ในห้องไม้ก๊อก - ห้องสุญญากาศทรงกระบอกซึ่งมีขดลวดภายนอกซึ่งควบแน่นที่ปลายห้อง กระแสที่ไหลผ่านขดลวดจะสร้างสนามแม่เหล็กในห้อง เส้นสนามที่อยู่ตรงกลางนั้นขนานกับกำเนิดของกระบอกสูบ และที่ส่วนท้ายจะถูกบีบอัดและสร้างปลั๊กแม่เหล็ก อนุภาคพลาสมาที่ถูกฉีดเข้าไปในขวดแม่เหล็กจะขดตัวอยู่รอบๆ เส้นสนาม และสะท้อนจากปลั๊ก เป็นผลให้พลาสมายังคงอยู่ในขวดเป็นระยะเวลาหนึ่ง หากพลังงานของอนุภาคพลาสมาที่ใส่เข้าไปในขวดสูงเพียงพอและมีจำนวนมากพวกมันจะเข้าสู่ปฏิกิริยาของแรงที่ซับซ้อนการเคลื่อนไหวที่ได้รับคำสั่งในตอนแรกจะสับสนกลายเป็นไม่เป็นระเบียบ - อุณหภูมิของนิวเคลียสของไฮโดรเจนเพิ่มขึ้นเป็นสิบล้าน องศา
ความร้อนเพิ่มเติมทำได้โดยแม่เหล็กไฟฟ้า<ударами>โดยพลาสมา การบีบอัดสนามแม่เหล็ก ฯลฯ ขณะนี้พลาสมาของนิวเคลียสไฮโดรเจนหนักได้รับความร้อนถึงหลายร้อยล้านองศา จริงอยู่สามารถทำได้โดย เวลาอันสั้นหรือที่ความหนาแน่นของพลาสมาต่ำ
เพื่อเริ่มต้นปฏิกิริยายั่งยืนในตัวเอง อุณหภูมิและความหนาแน่นของพลาสมาจะต้องเพิ่มขึ้นอีก นี่เป็นเรื่องยากที่จะบรรลุผล อย่างไรก็ตาม ดังที่นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าปัญหานั้นสามารถแก้ไขได้อย่างไม่ต้องสงสัย
จี.บี. อันฟิลอฟ
อนุญาตให้โพสต์รูปถ่ายและอ้างอิงบทความจากเว็บไซต์ของเราไปยังแหล่งข้อมูลอื่นได้ โดยมีเงื่อนไขว่าต้องระบุลิงก์ไปยังแหล่งที่มาและรูปถ่าย
คำว่า "อุณหภูมิ" ปรากฏขึ้นในช่วงเวลาที่นักฟิสิกส์คิดเช่นนั้น ร่างกายที่อบอุ่นประกอบด้วยสารเฉพาะ - แคลอรี่ - ในปริมาณที่มากกว่าสารชนิดเดียวกัน แต่เย็น และอุณหภูมิก็ตีความว่าเป็นค่าที่สอดคล้องกับปริมาณแคลอรี่ในร่างกาย ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา อุณหภูมิของร่างกายก็วัดเป็นองศา แต่ในความเป็นจริงนี่คือการวัด พลังงานจลน์โมเลกุลที่กำลังเคลื่อนที่ และจากสิ่งนี้ ควรวัดเป็นจูล ตามระบบหน่วย C
แนวคิด” เป็นศูนย์สัมบูรณ์อุณหภูมิ" มาจากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ กระบวนการถ่ายเทความร้อนจากวัตถุเย็นไปยังวัตถุร้อนเป็นไปไม่ได้ แนวคิดนี้ถูกนำมาใช้ นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษดับเบิลยู. ทอมสัน. สำหรับความสำเร็จของเขาในวิชาฟิสิกส์เขาได้รับ ตำแหน่งขุนนาง"ลอร์ด" และตำแหน่ง "บารอนเคลวิน" ในปี ค.ศ. 1848 ดับเบิลยู. ทอมสัน (เคลวิน) เสนอให้ใช้มาตราส่วนอุณหภูมิ โดยเขาใช้อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ซึ่งสอดคล้องกับความเย็นจัดเป็นจุดเริ่มต้น และใช้องศาเซลเซียสเป็นค่าการหาร หน่วยเคลวินคือ 1/27316 ของอุณหภูมิของจุดสามจุดของน้ำ (ประมาณ 0 องศาเซลเซียส) กล่าวคือ อุณหภูมิ ณ ที่นั้น น้ำสะอาดพบได้ทันทีในสามรูปแบบ: น้ำแข็ง น้ำของเหลว และไอน้ำ อุณหภูมิคืออุณหภูมิต่ำสุดที่เป็นไปได้ซึ่งการเคลื่อนที่ของโมเลกุลหยุดลง และไม่สามารถดึงพลังงานความร้อนออกจากสารได้อีกต่อไป ตั้งแต่นั้นมา ระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์ก็ได้รับการตั้งชื่อตามเขา
มีการวัดอุณหภูมิในระดับต่างๆ
ระดับอุณหภูมิที่ใช้กันมากที่สุดเรียกว่าระดับเซลเซียส มันถูกสร้างขึ้นจากสองจุด: อุณหภูมิ การเปลี่ยนเฟสน้ำจากของเหลวเป็นไอน้ำ และน้ำเป็นน้ำแข็ง 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 อันหนึ่งคืออุณหภูมิของส่วนผสมของน้ำแข็งกับแอมโมเนีย และอีกอันคือ ร่างกายมนุษย์- 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 (หรือสก็อตแลนด์) William J. Rankin อดีตร่วมสมัยเคลวินและหนึ่งในผู้สร้าง อุณหพลศาสตร์ทางเทคนิค- มีจุดสำคัญสามจุดในระดับของเขา: จุดเริ่มต้นเป็นศูนย์สัมบูรณ์ จุดเยือกแข็งของน้ำคือ 491.67 องศาแรงคิน และจุดเดือดของน้ำคือ 671.67 องศา จำนวนการแบ่งระหว่างการแช่แข็งของน้ำและการเดือดของน้ำแรงคินและฟาเรนไฮต์คือ 180
เครื่องชั่งเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้โดยนักฟิสิกส์เท่านั้น และ 40% ของนักเรียนมัธยมปลายชาวอเมริกันที่สำรวจในวันนี้ กล่าวว่า พวกเขาไม่รู้ว่าอุณหภูมิสัมบูรณ์เป็นศูนย์คืออะไร
ศูนย์สัมบูรณ์
ศูนย์สัมบูรณ์อุณหภูมิที่ส่วนประกอบทั้งหมดของระบบมีปริมาณพลังงานน้อยที่สุดที่กฎหมายของ QUANTUM MECHANICS อนุญาต เป็นศูนย์ในระดับอุณหภูมิเคลวิน หรือ -273.15°C (-459.67° ฟาเรนไฮต์) ที่อุณหภูมินี้ เอนโทรปีของระบบคือปริมาณพลังงานที่เหมาะสมสำหรับการทำให้สมบูรณ์ งานที่มีประโยชน์, - เท่ากับศูนย์ด้วย ปริมาณรวมพลังงานของระบบสามารถแตกต่างจากศูนย์ได้
พจนานุกรมสารานุกรมวิทยาศาสตร์และเทคนิค.
ดูว่า "ABSOLUTE ZERO" ในพจนานุกรมอื่น ๆ คืออะไร:
อุณหภูมิคือขีดจำกัดอุณหภูมิต่ำสุดที่สามารถเป็นได้ ร่างกาย- ศูนย์สัมบูรณ์ทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์ เช่น ระดับเคลวิน ในระดับเซลเซียส ศูนย์สัมบูรณ์จะสัมพันธ์กับอุณหภูมิ −273 ... Wikipedia
อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์- จุดเริ่มต้นของระดับอุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์ อยู่ที่ 273.16 K (เคลวิน) ใต้ (ดู) น้ำ กล่าวคือ เท่ากับ 273.16°C (เซลเซียส) ศูนย์สัมบูรณ์คืออุณหภูมิต่ำสุดในธรรมชาติและแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย... สารานุกรมโพลีเทคนิคขนาดใหญ่
นี่คือขีดจำกัดอุณหภูมิขั้นต่ำที่ร่างกายสามารถมีได้ ศูนย์สัมบูรณ์ทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์ เช่น ระดับเคลวิน ในระดับเซลเซียส ค่าศูนย์สัมบูรณ์จะสัมพันธ์กับอุณหภูมิ −273.15 °C.... ... วิกิพีเดีย
อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์คือขีดจำกัดอุณหภูมิต่ำสุดที่ร่างกายสามารถมีได้ ศูนย์สัมบูรณ์ทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์ เช่น ระดับเคลวิน ในระดับเซลเซียส ค่าศูนย์สัมบูรณ์จะสอดคล้องกับ... ... วิกิพีเดีย
ราซก. ละเลย เป็นคนไม่มีนัยสำคัญ, ไม่มีนัยสำคัญ. FSRY, 288; รถไฟฟ้า 24; ซีเอส 1996, 33 ...
ศูนย์- ศูนย์สัมบูรณ์... พจนานุกรมสำนวนรัสเซีย
คำนามศูนย์และศูนย์ m. ใช้แล้ว เปรียบเทียบ บ่อยครั้ง สัณฐานวิทยา: (ไม่) อะไร? ศูนย์และศูนย์ ทำไม? ศูนย์และศูนย์ (ดู) อะไร? ศูนย์และศูนย์ อะไรนะ? ศูนย์และศูนย์ แล้วไงล่ะ? ประมาณศูนย์ศูนย์; กรุณา อะไร ศูนย์และศูนย์ (ไม่) อะไร? ศูนย์และศูนย์ ทำไม? ศูนย์และศูนย์ (ฉันเห็น)…… พจนานุกรมดิมิเทรียวา
ศูนย์สัมบูรณ์ (ศูนย์) ราซก. ละเลย เป็นคนไม่มีนัยสำคัญ, ไม่มีนัยสำคัญ. FSRY, 288; รถไฟฟ้า 24; ZS 1996, 33 V เป็นศูนย์ 1. จาร์ก. พวกเขาพูด ล้อเล่น. เหล็ก. เกี่ยวกับความมึนเมาอย่างรุนแรง ยูกานอฟ 471; วาคิตอฟ 2546, 22. 2. จาร์ก. ดนตรี ตรงตาม... ... พจนานุกรมขนาดใหญ่คำพูดของรัสเซีย
แน่นอน- ความไร้สาระสัมบูรณ์, อำนาจโดยสมบูรณ์, ความไร้ที่ติโดยสัมบูรณ์, ความยุ่งเหยิงโดยสมบูรณ์, เรื่องแต่งโดยสมบูรณ์, ภูมิคุ้มกันโดยสมบูรณ์, ผู้นำที่แท้จริง, ขั้นต่ำสุดโดยสมบูรณ์, พระมหากษัตริย์โดยสมบูรณ์, ศีลธรรมอันสมบูรณ์, ศูนย์สัมบูรณ์… … พจนานุกรมสำนวนรัสเซีย
หนังสือ
- ศูนย์สัมบูรณ์, สัมบูรณ์พาเวล ชีวิตของนักวิทยาศาสตร์ผู้บ้าคลั่งแห่งเผ่าพันธุ์ Nes นั้นอายุสั้นมาก แต่การทดลองครั้งต่อไปยังมีโอกาสเกิดขึ้น สิ่งที่รอเขาอยู่ข้างหน้า...
คุณเคยคิดบ้างไหมว่าอุณหภูมิจะต่ำได้แค่ไหน? ศูนย์สัมบูรณ์คืออะไร? มนุษยชาติจะสามารถบรรลุเป้าหมายดังกล่าวได้หรือไม่ และโอกาสใดบ้างที่จะเกิดขึ้นหลังจากการค้นพบดังกล่าว คำถามเหล่านี้และคำถามอื่นที่คล้ายคลึงกันอยู่ในใจของนักฟิสิกส์หลายคนและคนที่อยากรู้อยากเห็นมานานแล้ว
อะไรคือศูนย์สัมบูรณ์
แม้ว่าคุณจะไม่ชอบฟิสิกส์มาตั้งแต่เด็ก แต่คุณคงคุ้นเคยกับแนวคิดเรื่องอุณหภูมิอยู่แล้ว ต้องขอบคุณทฤษฎีจลน์ศาสตร์ของโมเลกุล ตอนนี้เรารู้แล้วว่ามีความเชื่อมโยงคงที่ระหว่างมันกับการเคลื่อนที่ของโมเลกุลและอะตอม ยิ่งอุณหภูมิของร่างกายสูงขึ้นเท่าไร อะตอมของมันจะเคลื่อนที่เร็วขึ้นเท่านั้น และในทางกลับกัน คำถามเกิดขึ้น: “มีขีดจำกัดล่างขนาดนั้นด้วยหรือ อนุภาคมูลฐานแช่แข็งอยู่กับที่เหรอ?” นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเป็นไปได้ในทางทฤษฎี เทอร์โมมิเตอร์จะอยู่ที่ -273.15 องศาเซลเซียส ค่านี้เรียกว่าศูนย์สัมบูรณ์ กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือน้อยที่สุด ขีด จำกัด ที่เป็นไปได้ซึ่งร่างกายสามารถระบายความร้อนได้ มีแม้แต่มาตราส่วนอุณหภูมิสัมบูรณ์ (มาตราส่วนเคลวิน) โดยที่ศูนย์สัมบูรณ์คือจุดอ้างอิง และส่วนหนึ่งของมาตราส่วนจะเท่ากับหนึ่งองศา นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกยังคงทำงานอย่างต่อเนื่องเพื่อให้บรรลุเป้าหมาย มูลค่าที่กำหนดเนื่องจากสิ่งนี้สัญญาถึงโอกาสอันยิ่งใหญ่สำหรับมนุษยชาติ
เหตุใดสิ่งนี้จึงสำคัญมาก
อุณหภูมิที่ต่ำมากและสูงมากมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับแนวคิดเรื่องความเป็นของเหลวยิ่งยวดและความเป็นตัวนำยิ่งยวด การหายไปของความต้านทานไฟฟ้าในตัวนำยิ่งยวดจะทำให้ได้ค่าประสิทธิภาพที่ไม่สามารถจินตนาการได้และกำจัดการสูญเสียพลังงาน หากเราสามารถค้นพบวิธีที่ช่วยให้เราบรรลุถึงคุณค่าของ "ศูนย์สัมบูรณ์" ได้อย่างอิสระ ปัญหาต่างๆ ของมนุษยชาติก็จะได้รับการแก้ไข รถไฟที่ลอยอยู่เหนือราง เครื่องยนต์ที่เบากว่าและเล็กกว่า หม้อแปลงและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องแมกนีโทเซนเซฟาโลกราฟีที่มีความแม่นยำสูง นาฬิกาที่มีความแม่นยำสูง นี่เป็นเพียงตัวอย่างเล็กๆ น้อยๆ ของสิ่งที่ตัวนำยิ่งยวดสามารถนำมาสู่ชีวิตของเราได้
ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ล่าสุด
ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2546 นักวิจัยจาก MIT และ NASA สามารถทำให้ก๊าซโซเดียมเย็นลงจนต่ำเป็นประวัติการณ์ ในระหว่างการทดลอง พวกมันอยู่ห่างจากจุดสิ้นสุดเพียงครึ่งพันล้านองศา (ศูนย์สัมบูรณ์) ในระหว่างการทดสอบ โซเดียมจะอยู่ในสนามแม่เหล็กตลอดเวลา ซึ่งป้องกันไม่ให้สัมผัสกับผนังของภาชนะ หากเป็นไปได้ที่จะเอาชนะอุปสรรคด้านอุณหภูมิ การเคลื่อนที่ของโมเลกุลในก๊าซจะหยุดลงโดยสิ้นเชิง เนื่องจากการระบายความร้อนดังกล่าวจะดึงพลังงานทั้งหมดออกจากโซเดียม นักวิจัยใช้เทคนิคที่ผู้เขียน (Wolfgang Ketterle) ได้รับในปี 2544 รางวัลโนเบลในวิชาฟิสิกส์ ประเด็นสำคัญในการทดสอบคือ กระบวนการแก๊สการควบแน่นของโบส-ไอน์สไตน์ ในขณะเดียวกัน ยังไม่มีใครยกเลิกกฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์ โดยที่ศูนย์สัมบูรณ์ไม่เพียงแต่เป็นค่าที่ผ่านไม่ได้เท่านั้น แต่ยังเป็นค่าที่ไม่สามารถบรรลุได้ด้วย นอกจากนี้ ยังใช้หลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก และอะตอมก็ไม่สามารถหยุดตายในเส้นทางของพวกมันได้ ดังนั้น ในขณะนี้ อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ยังคงไม่สามารถบรรลุได้สำหรับวิทยาศาสตร์ แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะสามารถเข้าใกล้อุณหภูมิดังกล่าวได้ในระยะห่างที่น้อยมากก็ตาม
ที่มาของวันในสัปดาห์ในงานมอบหมายบทเรียนภาษาเยอรมัน
ทฤษฎีไซโครเมทริกแห่งเชาวน์ปัญญา ทฤษฎีเชาวน์ปัญญาที่ถือว่าระดับเชาวน์ปัญญา
เกิดอะไรขึ้นกับบุคคลหลังความตายในมุมมองทางวิทยาศาสตร์ อะไรเกิดขึ้นหลังจากการเสียชีวิตของบุคคลนั้นเป็นวิทยาศาสตร์