เมื่อรายงานสภาพอากาศคาดการณ์อุณหภูมิประมาณศูนย์ คุณไม่ควรไปที่ลานสเก็ต เพราะน้ำแข็งจะละลาย อุณหภูมิหลอมเหลวของน้ำแข็งถือเป็นศูนย์องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นระดับอุณหภูมิที่พบบ่อยที่สุด
เราตระหนักดีถึงองศาลบของสเกลเซลเซียส - องศา<ниже нуля>, องศาความหนาวเย็น. อุณหภูมิต่ำสุดของโลกถูกบันทึกไว้ในทวีปแอนตาร์กติกา: -88.3°C นอกโลก อุณหภูมิที่ต่ำกว่านั้นเป็นไปได้: บนพื้นผิวของดวงจันทร์ในเวลาเที่ยงคืนของดวงจันทร์สามารถสูงถึง -160°C
แต่ไม่มีที่ไหนที่สามารถมีอุณหภูมิต่ำได้ตามอำเภอใจ อุณหภูมิต่ำมาก - ศูนย์สัมบูรณ์ - ในระดับเซลเซียสสอดคล้องกับ - 273.16 °
มาตราส่วนอุณหภูมิสัมบูรณ์ มาตราส่วนเคลวิน มาจากศูนย์สัมบูรณ์ น้ำแข็งละลายที่ 273.16° เคลวิน และน้ำเดือดที่ 373.16° K ดังนั้น องศา K เท่ากับองศา C แต่ในระดับเคลวิน อุณหภูมิทั้งหมดเป็นบวก
ทำไม 0°K ถึงจำกัดความหนาวเย็น?
ความร้อนคือการเคลื่อนที่ของอะตอมและโมเลกุลของสสาร เมื่อสารเย็นลง พลังงานความร้อนจะถูกลบออก และในกรณีนี้ การเคลื่อนที่แบบสุ่มของอนุภาคจะอ่อนลง ในที่สุดด้วยความเย็นที่แข็งแกร่ง, ความร้อน<пляска>อนุภาคหยุดเกือบสมบูรณ์ อะตอมและโมเลกุลจะแข็งตัวอย่างสมบูรณ์ที่อุณหภูมิที่ถือว่าเป็นศูนย์สัมบูรณ์ ตามหลักการของกลศาสตร์ควอนตัม ที่ศูนย์สัมบูรณ์ การเคลื่อนที่เชิงความร้อนของอนุภาคจะหยุดอย่างแม่นยำ แต่ตัวอนุภาคเองจะไม่แข็งตัว เนื่องจากไม่สามารถหยุดนิ่งได้อย่างสมบูรณ์ ดังนั้น ที่ศูนย์สัมบูรณ์ อนุภาคยังคงต้องคงการเคลื่อนที่บางอย่างไว้ ซึ่งเรียกว่าศูนย์

อย่างไรก็ตามการทำให้สารเย็นตัวลงที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์สัมบูรณ์เป็นความคิดที่ไร้ความหมายเช่นความตั้งใจ<идти медленнее, чем стоять на месте>.

ยิ่งไปกว่านั้น แม้แต่การไปถึงศูนย์สัมบูรณ์ก็แทบจะเป็นไปไม่ได้เลย คุณสามารถเข้าใกล้เขาได้เท่านั้น เพราะพลังงานความร้อนทั้งหมดไม่สามารถถูกดึงออกจากสารได้ไม่ว่าด้วยวิธีใด พลังงานความร้อนบางส่วนยังคงอยู่ในระหว่างการระบายความร้อนที่ลึกที่สุด
พวกมันไปถึงอุณหภูมิที่ต่ำมากได้อย่างไร?
การแช่แข็งสารทำได้ยากกว่าการให้ความร้อน อย่างน้อยก็สามารถเห็นได้จากการเปรียบเทียบการออกแบบเตาและตู้เย็น
ในตู้เย็นในครัวเรือนและอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ ความร้อนจะถูกลบออกเนื่องจากการระเหยของของเหลวพิเศษ - ฟรีออน ซึ่งไหลเวียนผ่านท่อโลหะ ความลับคือฟรีออนสามารถคงอยู่ในสถานะของเหลวได้ที่อุณหภูมิต่ำเพียงพอเท่านั้น ในตู้เย็นเนื่องจากความร้อนของห้อง มันร้อนขึ้นและเดือดกลายเป็นไอน้ำ แต่ไอน้ำถูกบีบอัดโดยคอมเพรสเซอร์ทำให้เป็นของเหลวและเข้าสู่เครื่องระเหยทำให้สูญเสียการระเหยฟรีออน พลังงานถูกใช้เพื่อรันคอมเพรสเซอร์
ในอุปกรณ์ทำความเย็นอย่างล้ำลึก ตัวพาความเย็นคือฮีเลียมเหลว - ของเหลวเย็นจัด ไม่มีสี น้ำหนักเบา (เบากว่าน้ำ 8 เท่า) เดือดภายใต้ความดันบรรยากาศที่ 4.2°K และในสุญญากาศที่ 0.7°K อุณหภูมิที่ต่ำกว่านั้นถูกกำหนดโดยไอโซโทปแสงของฮีเลียม: 0.3°K
เป็นการยากที่จะจัดตู้เย็นฮีเลียมแบบถาวร การวิจัยดำเนินการง่ายๆ ในอ่างฮีเลียมเหลว และเพื่อทำให้ก๊าซนี้กลายเป็นของเหลว นักฟิสิกส์ใช้เทคนิคต่างๆ ตัวอย่างเช่น ฮีเลียมที่ระบายความร้อนล่วงหน้าและบีบอัดจะถูกขยายออกโดยปล่อยผ่านรูบางๆ เข้าไปในห้องสุญญากาศ ในขณะเดียวกัน อุณหภูมิยังคงลดลงและก๊าซบางส่วนกลายเป็นของเหลว ไม่เพียงแต่จะขยายแก๊สเย็นลงเท่านั้น แต่ยังมีประสิทธิภาพมากขึ้นอีกด้วย - ในการเคลื่อนลูกสูบ
ฮีเลียมเหลวที่ได้จะถูกเก็บไว้ในเทอร์โมสพิเศษ - ภาชนะ Dewar ราคาของของเหลวที่เย็นที่สุดนี้ (อันเดียวที่ไม่แช่แข็งที่ศูนย์สัมบูรณ์) ค่อนข้างสูง อย่างไรก็ตาม ฮีเลียมเหลวกำลังถูกใช้อย่างกว้างขวางมากขึ้นเรื่อยๆ ไม่เพียงแต่ในด้านวิทยาศาสตร์ แต่ยังรวมถึงอุปกรณ์ทางเทคนิคต่างๆ ด้วย
อุณหภูมิต่ำสุดทำได้ด้วยวิธีที่ต่างออกไป ปรากฎว่าโมเลกุลของเกลือบางชนิด เช่น โพแทสเซียม โครเมียม สารส้ม สามารถหมุนไปตามเส้นแรงแม่เหล็กได้ เกลือนี้ถูกทำให้เย็นในเบื้องต้นด้วยฮีเลียมเหลวถึง 1°K และวางไว้ในสนามแม่เหล็กแรงสูง ในกรณีนี้ โมเลกุลจะหมุนไปตามเส้นแรง และฮีเลียมเหลวจะปล่อยความร้อนที่ปล่อยออกมา จากนั้นสนามแม่เหล็กจะถูกลบออกอย่างรวดเร็วโมเลกุลจะหมุนไปในทิศทางที่ต่างกันอีกครั้งและการใช้จ่าย

งานนี้นำไปสู่การทำให้เกลือเย็นลง ดังนั้นจึงได้อุณหภูมิ 0.001°K ด้วยวิธีการที่คล้ายกันในหลักการโดยใช้สารอื่น ๆ เราสามารถได้อุณหภูมิที่ต่ำกว่า
อุณหภูมิต่ำสุดที่ได้รับบนโลกคือ 0.00001°K

superfluidity

สารที่แช่แข็งถึงอุณหภูมิต่ำมากในอ่างฮีเลียมเหลวจะเปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัด ยางจะเปราะ ตะกั่วจะแข็งเหมือนเหล็กและมีความยืดหยุ่น โลหะผสมหลายชนิดเพิ่มความแข็งแรง

ฮีเลียมเหลวนั้นมีพฤติกรรมแปลก ๆ ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 2.2 °K จะได้รับคุณสมบัติที่ไม่เคยมีมาก่อนสำหรับของเหลวทั่วไป - ความเป็นของเหลวยิ่งยวด: บางส่วนสูญเสียความหนืดอย่างสมบูรณ์และไหลโดยไม่มีแรงเสียดทานผ่านช่องที่แคบที่สุด
ปรากฏการณ์นี้ถูกค้นพบในปี 2480 โดยนักวิชาการฟิสิกส์ชาวโซเวียต P. JI Kapitsa ถูกอธิบายโดยนักวิชาการ JI ดี. รถม้า.
ปรากฎว่าที่อุณหภูมิต่ำมาก กฎควอนตัมของพฤติกรรมของสสารเริ่มส่งผลกระทบอย่างเห็นได้ชัด ตามที่กฎหมายกำหนดข้อใดข้อหนึ่ง พลังงานสามารถถ่ายโอนจากร่างกายสู่ร่างกายได้เฉพาะในส่วนที่ชัดเจนเท่านั้น-ควอนตัม ฮีเลียมเหลวมีควอนตัมความร้อนน้อยมากจนไม่เพียงพอสำหรับอะตอมทั้งหมด ส่วนหนึ่งของของเหลวที่ปราศจากควอนตั้มความร้อนยังคงอยู่ที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ อะตอมของของเหลวนั้นไม่มีส่วนร่วมในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนแบบสุ่มเลย และไม่ทำปฏิกิริยากับผนังของหลอดเลือดไม่ว่าในทางใด ส่วนนี้ (เรียกว่าฮีเลียม-H) มีความไหลล้นเกิน ด้วยอุณหภูมิที่ลดลง ฮีเลียม-II จะมีมากขึ้นเรื่อยๆ และที่ศูนย์สัมบูรณ์ ฮีเลียมทั้งหมดจะกลายเป็นฮีเลียม-H
ขณะนี้ superfluidity ได้รับการศึกษาอย่างละเอียดและพบว่ามีประโยชน์ในทางปฏิบัติ: ด้วยความช่วยเหลือทำให้สามารถแยกไอโซโทปฮีเลียมออกได้

ตัวนำยิ่งยวด

ใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ การเปลี่ยนแปลงที่น่าสงสัยอย่างยิ่งเกิดขึ้นในคุณสมบัติทางไฟฟ้าของวัสดุบางชนิด
ในปี 1911 นักฟิสิกส์ชาวดัตช์ Kamerling-Onnes ได้ค้นพบโดยไม่คาดคิด: ปรากฎว่าที่อุณหภูมิ 4.12 ° K ความต้านทานไฟฟ้าจะหายไปอย่างสมบูรณ์ในปรอท ปรอทกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด กระแสไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในวงแหวนตัวนำยิ่งยวดไม่สลายตัวและสามารถไหลได้เกือบตลอดไป
เหนือวงแหวนดังกล่าว ลูกบอลตัวนำยิ่งยวดจะลอยอยู่ในอากาศและไม่ตกราวกับมาจากเทพนิยาย<гроб Магомета>เพราะความหนักของมันถูกชดเชยด้วยแรงผลักแม่เหล็กระหว่างวงแหวนกับลูกบอล ท้ายที่สุดแล้ว กระแสที่ไม่เปลี่ยนแปลงในวงแหวนจะสร้างสนามแม่เหล็ก และในทางกลับกัน ก็จะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในลูกบอลและพร้อมกับสนามแม่เหล็กที่พุ่งตรงไปในทิศทางตรงกันข้าม
นอกจากปรอท ดีบุก ตะกั่ว สังกะสี และอะลูมิเนียมแล้ว ยังมีความเป็นตัวนำยิ่งยวดใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ คุณสมบัตินี้พบได้ในธาตุ 23 ชนิดและโลหะผสมกว่าร้อยชนิดและสารประกอบทางเคมีอื่นๆ
อุณหภูมิที่ความเป็นตัวนำยิ่งยวดปรากฏขึ้น (อุณหภูมิวิกฤต) อยู่ในช่วงที่ค่อนข้างกว้าง ตั้งแต่ 0.35°K (แฮฟเนียม) ถึง 18°K (โลหะผสมไนโอเบียม-ดีบุก)
ปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวดเช่นเดียวกับซูเปอร์-
ความลื่นไหลศึกษาอย่างละเอียด พบการพึ่งพาอุณหภูมิวิกฤตในโครงสร้างภายในของวัสดุและสนามแม่เหล็กภายนอก ทฤษฎีความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่ลึกซึ้งได้รับการพัฒนา (นักวิทยาศาสตร์โซเวียต N. N. Bogolyubov มีส่วนร่วมสำคัญ)
แก่นแท้ของปรากฏการณ์ที่ขัดแย้งกันนี้ก็คือควอนตัมอย่างหมดจดอีกครั้ง ที่อุณหภูมิต่ำมาก อิเล็กตรอนใน

ตัวนำยิ่งยวดสร้างระบบของอนุภาคที่เชื่อมต่อแบบคู่ซึ่งไม่สามารถให้พลังงานแก่โครงผลึกคริสตัล ใช้ควอนตัมพลังงานเพื่อให้ความร้อน อิเล็กตรอนคู่เคลื่อนที่เหมือน<танцуя>, ระหว่าง<прутьями решетки>- ไอออนและบายพาสโดยไม่ชนกันและถ่ายเทพลังงาน
การนำไฟฟ้ายิ่งยวดกำลังถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยีมากขึ้น
ตัวอย่างเช่น โซลินอยด์ตัวนำยิ่งยวดกำลังนำมาใช้จริง - ขดลวดตัวนำยิ่งยวดที่แช่อยู่ในฮีเลียมเหลว เมื่อเกิดกระแสแล้วจึงเก็บสนามแม่เหล็กไว้ได้นานตามอำเภอใจ สามารถเข้าถึงมูลค่ามหาศาล - มากกว่า 100,000 oersted ในอนาคตอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดทางอุตสาหกรรมอันทรงพลังจะปรากฏขึ้นอย่างไม่ต้องสงสัย - มอเตอร์ไฟฟ้า แม่เหล็กไฟฟ้า ฯลฯ
ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์วิทยุ แอมพลิฟายเออร์อัลตราไวโอเลตและเครื่องกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเริ่มมีบทบาทสำคัญ ซึ่งทำงานได้ดีในอ่างที่มีฮีเลียมเหลว - ภายใน<шумы>อุปกรณ์. ในเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์สัญญาอนาคตที่สดใสสำหรับสวิตช์ตัวนำยิ่งยวดพลังงานต่ำ - cryotrons (ดู Art.<Пути электроники>).
ไม่ยากเลยที่จะจินตนาการถึงความน่าดึงดูดใจที่จะผลักดันการทำงานของอุปกรณ์ดังกล่าวให้มีอุณหภูมิสูงขึ้นและเข้าถึงได้มากขึ้น เมื่อเร็ว ๆ นี้ ความหวังในการสร้างตัวนำยิ่งยวดฟิล์มโพลีเมอร์ได้เปิดขึ้น ลักษณะเฉพาะของการนำไฟฟ้าในวัสดุดังกล่าวถือเป็นโอกาสที่ยอดเยี่ยมในการรักษาความเป็นตัวนำยิ่งยวดแม้ที่อุณหภูมิห้อง นักวิทยาศาสตร์กำลังมองหาวิธีที่จะทำให้ความหวังนี้เป็นจริงอยู่เสมอ

ในส่วนลึกของดวงดาว

และตอนนี้เรามาดูอาณาจักรของสิ่งที่ร้อนแรงที่สุดในโลก - เข้าไปในส่วนลึกของดวงดาว ที่อุณหภูมิสูงถึงล้านองศา
การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนที่โกลาหลในดวงดาวนั้นรุนแรงมากจนไม่สามารถมีอะตอมทั้งหมดได้ที่นั่น: พวกมันถูกทำลายในการชนกันนับไม่ถ้วน
ดังนั้น สารที่ร้อนจัดจึงไม่สามารถเป็นของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซได้ อยู่ในสถานะพลาสม่า นั่นคือ ส่วนผสมของประจุไฟฟ้า<осколков>อะตอม - นิวเคลียสของอะตอมและอิเล็กตรอน
พลาสม่าเป็นสถานะของสสารชนิดหนึ่ง เนื่องจากอนุภาคของมันถูกประจุไฟฟ้า พวกมันจึงเชื่อฟังแรงไฟฟ้าและแม่เหล็กอย่างละเอียดอ่อน ดังนั้นความใกล้เคียงกันของนิวเคลียสอะตอมสองนิวเคลียส (มีประจุบวก) จึงเป็นปรากฏการณ์ที่หาได้ยาก ที่ความหนาแน่นสูงและอุณหภูมิมหาศาลเท่านั้นที่นิวเคลียสของอะตอมชนกันสามารถเข้าใกล้ได้ จากนั้นเกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ - แหล่งพลังงานสำหรับดาวฤกษ์
ดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เราที่สุด - ดวงอาทิตย์ประกอบด้วยไฮโดรเจนพลาสม่าเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งถูกทำให้ร้อนในลำไส้ของดาวฤกษ์สูงถึง 10 ล้านองศา ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว การเผชิญหน้าอย่างใกล้ชิดของนิวเคลียสไฮโดรเจนเร็ว - โปรตอน แม้ว่าจะเกิดได้ยากก็ตาม บางครั้งการเข้าใกล้โปรตอนจะมีปฏิสัมพันธ์กัน: เมื่อเอาชนะแรงผลักไฟฟ้า พวกมันจะตกอยู่ในพลังของแรงดึงดูดของนิวเคลียร์ขนาดยักษ์อย่างรวดเร็ว<падают>ซึ่งกันและกันและผสาน การจัดเรียงใหม่เกิดขึ้นที่นี่: แทนที่จะเป็นโปรตอนสองตัว ดิวเทอรอน (นิวเคลียสของไอโซโทปหนักของไฮโดรเจน) โพซิตรอนและนิวตริโนปรากฏขึ้น พลังงานที่ปล่อยออกมาคือ 0.46 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ (Mev)
โปรตอนสุริยะแต่ละตัวสามารถเข้าสู่ปฏิกิริยาดังกล่าวได้โดยเฉลี่ยหนึ่งครั้งใน 14 พันล้านปี แต่มีโปรตอนจำนวนมากในลำไส้ของแสงที่เหตุการณ์ที่ไม่น่าจะเกิดขึ้นที่นี่และที่นั่น - และดาวของเราเผาไหม้ด้วยเปลวไฟที่สุกใสสม่ำเสมอ
การสังเคราะห์ดิวเทอรอนเป็นเพียงขั้นตอนแรกในการเปลี่ยนแปลงทางความร้อนนิวเคลียร์ของดวงอาทิตย์ ดิวเทอรอนแรกเกิดในไม่ช้า (โดยเฉลี่ยหลังจาก 5.7 วินาที) จะรวมตัวกับโปรตอนอีกหนึ่งตัว มีแกนของฮีเลียมแสงและควอนตัมแกมมาของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า พลังงานออกมา 5.48 MeV
ในที่สุด โดยเฉลี่ยแล้ว ทุกๆ ล้านปี นิวเคลียสของฮีเลียมเบาสองนิวเคลียสสามารถมาบรรจบกันและหลอมรวมได้ จากนั้นนิวเคลียสฮีเลียมธรรมดา (อนุภาคอัลฟา) จะก่อตัวขึ้นและโปรตอนสองตัวจะถูกแยกออกจากกัน พลังงาน 12.85 MeV ถูกปล่อยออกมา
สามขั้นตอนนี้<конвейер>ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ไม่ใช่ปฏิกิริยาเดียว มีการเปลี่ยนรูปทางนิวเคลียร์อีกสายหนึ่ง แบบที่เร็วกว่า นิวเคลียสของอะตอมของคาร์บอนและไนโตรเจนมีส่วนร่วม (โดยไม่ถูกบริโภค) แต่ในทั้งสองกรณี อนุภาคแอลฟาถูกสังเคราะห์จากนิวเคลียสของไฮโดรเจน พลาสมาไฮโดรเจนแสงอาทิตย์<сгорает>, กลายเป็น<золу>- ฮีเลียมพลาสมา และในกระบวนการสังเคราะห์ฮีเลียมพลาสมาแต่ละกรัมจะมีการปล่อยพลังงานออกมา 175,000 kWh จำนวนมาก!
ทุก ๆ วินาที ดวงอาทิตย์จะแผ่พลังงานออกมา 4,1033 เอิร์ก ทำให้สูญเสียมวลไป 4,1012 กรัม (4 ล้านตัน) แต่มวลรวมของดวงอาทิตย์คือ 2 1,027 ตัน ซึ่งหมายความว่าในหนึ่งล้านปีเนื่องจากการแผ่รังสีดวงอาทิตย์<худеет>เพียงหนึ่งในสิบล้านของมวลของมัน ตัวเลขเหล่านี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงประสิทธิภาพของปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์และค่าความร้อนมหาศาลของพลังงานแสงอาทิตย์<горючего>- ไฮโดรเจน
ดูเหมือนว่าเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันจะเป็นแหล่งพลังงานหลักของดาวทุกดวง ภายในอุณหภูมิและความหนาแน่นที่แตกต่างกันของดาวฤกษ์ ปฏิกิริยาประเภทต่างๆ เกิดขึ้น โดยเฉพาะพลังงานแสงอาทิตย์<зола>- นิวเคลียสฮีเลียม - ที่ 100 ล้านองศา จะกลายเป็นเทอร์โมนิวเคลียร์เอง<горючим>. จากนั้นนิวเคลียสของอะตอมที่หนักกว่า - คาร์บอนและแม้กระทั่งออกซิเจน - ก็สามารถสังเคราะห์ได้จากอนุภาคแอลฟา
ตามที่นักวิทยาศาสตร์หลายคนกล่าวว่า Metagalaxy ทั้งหมดของเราเป็นผลของเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งเกิดขึ้นที่อุณหภูมิหนึ่งพันล้านองศา (ดูศิลปะ<Вселенная вчера, сегодня и завтра>).

สู่ดวงอาทิตย์เทียม

ปริมาณแคลอรี่ที่ไม่ธรรมดาของเทอร์โมนิวเคลียร์<горючего>กระตุ้นนักวิทยาศาสตร์ให้แสวงหาการนำปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันไปปฏิบัติจริง
<Горючего>มีไอโซโทปของไฮโดรเจนมากมายบนโลกของเรา ตัวอย่างเช่น สามารถหาไฮโดรเจนทริเทียมจากโลหะลิเธียมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้ และไฮโดรเจนหนัก - ดิวเทอเรียมเป็นส่วนหนึ่งของน้ำหนักซึ่งสามารถสกัดได้จากน้ำธรรมดา
ไฮโดรเจนหนักที่สกัดจากน้ำธรรมดาสองแก้วจะให้พลังงานในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันมากเท่ากับการเผาไหม้น้ำมันเบนซินระดับพรีเมียมที่มีอยู่ในปัจจุบัน
ความยากอยู่ที่การอุ่นก่อน<горючее>จนถึงอุณหภูมิที่สามารถจุดไฟด้วยไฟเทอร์โมนิวเคลียร์ที่รุนแรงได้
ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขครั้งแรกในระเบิดไฮโดรเจน ไอโซโทปไฮโดรเจนติดไฟโดยการระเบิดของระเบิดปรมาณูซึ่งมาพร้อมกับความร้อนของสารถึงหลายสิบล้านองศา ในระเบิดไฮโดรเจนรุ่นหนึ่ง เชื้อเพลิงแสนสาหัสเป็นสารประกอบทางเคมีของไฮโดรเจนหนักที่มีลิเธียมเบา - ดิวเทอไรด์ของแสง l และ t และ i ผงสีขาวนี้คล้ายกับเกลือแกง<воспламеняясь>จาก<спички>ซึ่งเป็นระเบิดปรมาณูจะระเบิดทันทีและสร้างอุณหภูมิหลายร้อยล้านองศา
เพื่อเริ่มต้นปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่สงบสุข ก่อนอื่นเราต้องเรียนรู้วิธีทำให้ไอโซโทปไฮโดรเจนในพลาสมาที่มีความหนาแน่นเพียงพอในปริมาณเล็กน้อยมีอุณหภูมิสูงถึงหลายร้อยล้านองศาโดยไม่ต้องใช้ระเบิดปรมาณูได้อย่างไร ปัญหานี้เป็นปัญหาที่ยากที่สุดในฟิสิกส์ประยุกต์สมัยใหม่ นักวิทยาศาสตร์จากทั่วทุกมุมโลกได้ทำงานเกี่ยวกับมันมาหลายปีแล้ว
เราได้กล่าวไปแล้วว่าเป็นการเคลื่อนที่แบบโกลาหลของอนุภาคที่สร้างความร้อนให้กับร่างกาย และพลังงานเฉลี่ยของการเคลื่อนที่แบบสุ่มของพวกมันนั้นสอดคล้องกับอุณหภูมิ การทำให้ร่างกายร้อนขึ้นหมายถึงการสร้างความผิดปกตินี้ในทางใดทางหนึ่ง
ลองนึกภาพว่านักวิ่งสองกลุ่มกำลังวิ่งเข้าหากันอย่างรวดเร็ว ดังนั้นพวกเขาจึงปะทะกัน ปะปนกัน ฝูงชนเริ่มสับสน วุ่นวายมาก!
ในทำนองเดียวกัน นักฟิสิกส์ในตอนแรกพยายามที่จะได้รับอุณหภูมิสูง - โดยการผลักไอพ่นก๊าซแรงดันสูง ก๊าซถูกทำให้ร้อนถึง 10,000 องศา ครั้งหนึ่งเคยมีบันทึกว่าอุณหภูมิสูงกว่าพื้นผิวของดวงอาทิตย์
แต่ด้วยวิธีนี้ ความร้อนที่ไม่ระเบิดของแก๊สค่อนข้างช้าและไม่ระเบิดจึงเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากความผิดปกติของความร้อนจะแพร่กระจายไปทุกทิศทางในทันที ทำให้ผนังห้องทดลองและสิ่งแวดล้อมอุ่นขึ้น ความร้อนที่เกิดขึ้นจะออกจากระบบอย่างรวดเร็วและไม่สามารถแยกออกได้
หากหัวฉีดแก๊สถูกแทนที่ด้วยกระแสพลาสม่า ปัญหาของฉนวนความร้อนยังคงเป็นเรื่องยากมาก แต่ก็ยังมีความหวังสำหรับการแก้ปัญหา
จริงอยู่ พลาสมาไม่สามารถป้องกันการสูญเสียความร้อนจากภาชนะที่ทำด้วยสารทนไฟได้มากที่สุด เมื่อสัมผัสกับผนังทึบ พลาสมาร้อนจะเย็นลงทันที ในทางกลับกัน เราสามารถพยายามจับและทำให้พลาสมาร้อนขึ้นโดยการสร้างการสะสมในสุญญากาศเพื่อไม่ให้สัมผัสกับผนังของห้อง แต่จะแขวนอยู่ในช่องว่างโดยไม่ต้องสัมผัสอะไรเลย ในที่นี้ เราควรใช้ประโยชน์จากข้อเท็จจริงที่ว่าอนุภาคพลาสม่าไม่เป็นกลาง เช่น อะตอมของแก๊ส แต่มีประจุไฟฟ้า ดังนั้นในการเคลื่อนที่จึงอยู่ภายใต้การกระทำของแรงแม่เหล็ก ปัญหาเกิดขึ้น: เพื่อจัดเรียงสนามแม่เหล็กของการกำหนดค่าพิเศษที่พลาสมาร้อนจะแขวนอยู่ในถุงที่มีผนังที่มองไม่เห็น
รูปแบบที่ง่ายที่สุดของสนามไฟฟ้าดังกล่าวถูกสร้างขึ้นโดยอัตโนมัติเมื่อพัลส์กระแสไฟแรงไหลผ่านพลาสมา ในกรณีนี้ แรงแม่เหล็กจะเหนี่ยวนำให้เกิดรอบๆ พลาสมา ซึ่งมีแนวโน้มที่จะกดทับฟิลาเมนต์ พลาสมาแยกออกจากผนังของท่อระบายออก และอุณหภูมิสูงขึ้นถึง 2 ล้านองศาใกล้แกนของเส้นใยเมื่อมีอนุภาคพุ่งออกมา
ในประเทศของเรา การทดลองดังกล่าวได้ดำเนินการตั้งแต่ต้นปี 1950 ภายใต้การแนะนำของนักวิชาการ JI A. Artsimovich และ M.A. Leontovich
อีกทิศทางหนึ่งของการทดลองคือการใช้ขวดแม่เหล็ก ซึ่งเสนอในปี 1952 โดยนักฟิสิกส์โซเวียต G.I. Budker ซึ่งปัจจุบันเป็นนักวิชาการ ขวดแม่เหล็กวางอยู่ในคอร์กตรอน ซึ่งเป็นห้องสุญญากาศทรงกระบอกที่มีขดลวดภายนอก ซึ่งจะหนาขึ้นที่ส่วนปลายของห้อง กระแสที่ไหลผ่านขดลวดสร้างสนามแม่เหล็กในห้อง เส้นแรงที่อยู่ตรงกลางนั้นขนานกับเครื่องกำเนิดของกระบอกสูบ และที่ปลายพวกมันจะถูกบีบอัดและสร้างเป็นปลั๊กแม่เหล็ก อนุภาคพลาสม่าที่ฉีดเข้าไปในขวดแม่เหล็กจะม้วนงอรอบๆ เส้นแรงและสะท้อนออกมาจากจุก เป็นผลให้พลาสมาถูกเก็บไว้ในขวดเป็นระยะเวลาหนึ่ง หากพลังงานของอนุภาคพลาสมาที่ใส่เข้าไปในขวดมีปริมาณมากเพียงพอและมีเพียงพอ พวกมันจะเข้าสู่ปฏิกิริยาของแรงที่ซับซ้อน การเคลื่อนที่ตามคำสั่งในขั้นต้นของพวกมันจะพันกัน กลายเป็นไม่เป็นระเบียบ - อุณหภูมิของนิวเคลียสของไฮโดรเจนจะเพิ่มขึ้นเป็นสิบล้านองศา .
ความร้อนเพิ่มเติมทำได้โดยแม่เหล็กไฟฟ้า<ударами>โดยพลาสมา การบีบอัดสนามแม่เหล็ก ฯลฯ ตอนนี้พลาสมาของนิวเคลียสไฮโดรเจนหนักถูกทำให้ร้อนถึงหลายร้อยล้านองศา จริงอยู่สามารถทำได้ในระยะเวลาสั้น ๆ หรือที่ความหนาแน่นของพลาสมาต่ำ
จำเป็นต้องเพิ่มอุณหภูมิและความหนาแน่นของพลาสมาเพื่อกระตุ้นปฏิกิริยาที่ยั่งยืน นี้เป็นเรื่องยากที่จะบรรลุ อย่างไรก็ตาม ปัญหาดังกล่าวตามที่นักวิทยาศาสตร์เชื่อมั่นนั้นสามารถแก้ไขได้อย่างปฏิเสธไม่ได้

จีบี อันฟิลอฟ

อนุญาตให้โพสต์ภาพถ่ายและอ้างอิงบทความจากไซต์ของเราในแหล่งข้อมูลอื่นได้ โดยต้องมีลิงก์ไปยังแหล่งที่มาและรูปถ่าย

คุณเคยคิดบ้างไหมว่าอุณหภูมิจะเย็นแค่ไหน? ศูนย์สัมบูรณ์คืออะไร? มนุษยชาติจะสามารถบรรลุมันได้หรือไม่ และโอกาสใดที่จะเปิดขึ้นหลังจากการค้นพบดังกล่าว? คำถามเหล่านี้และคำถามอื่นที่คล้ายคลึงกันได้ครอบงำจิตใจของนักฟิสิกส์หลายคนและคนที่อยากรู้อยากเห็นมานานแล้ว

ศูนย์สัมบูรณ์คืออะไร

แม้ว่าคุณจะไม่ชอบฟิสิกส์มาตั้งแต่เด็ก แต่คุณก็รู้แนวคิดเรื่องอุณหภูมิ ต้องขอบคุณทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล ตอนนี้เรารู้แล้วว่ามีความเชื่อมโยงคงที่ระหว่างมันกับการเคลื่อนที่ของโมเลกุลและอะตอม ยิ่งอุณหภูมิของร่างกายสูงขึ้นเท่าใด อะตอมของมันก็จะเคลื่อนที่เร็วขึ้นเท่านั้น และในทางกลับกัน คำถามเกิดขึ้น: "มีขีด จำกัด ล่างที่อนุภาคมูลฐานจะหยุดเข้าที่หรือไม่" นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเป็นไปได้ในทางทฤษฎี เทอร์โมมิเตอร์จะอยู่ที่ประมาณ -273.15 องศาเซลเซียส ค่านี้เรียกว่าศูนย์สัมบูรณ์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง นี่คือขีดจำกัดขั้นต่ำที่ร่างกายสามารถทำให้เย็นลงได้ มีแม้กระทั่งมาตราส่วนอุณหภูมิสัมบูรณ์ (มาตราส่วนเคลวิน) ซึ่งศูนย์สัมบูรณ์เป็นจุดอ้างอิง และการแบ่งหน่วยของมาตราส่วนเท่ากับหนึ่งองศา นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกไม่ได้หยุดทำงานเพื่อบรรลุคุณค่านี้ เนื่องจากสิ่งนี้ให้คำมั่นสัญญาถึงโอกาสอันยิ่งใหญ่สำหรับมนุษยชาติ

ทำไมถึงสำคัญนัก

อุณหภูมิที่ต่ำมากและสูงมากนั้นสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับแนวคิดเรื่อง superfluidity และ superconductivity การหายไปของความต้านทานไฟฟ้าในตัวนำยิ่งยวดจะทำให้บรรลุค่าประสิทธิภาพที่คิดไม่ถึงและกำจัดการสูญเสียพลังงาน หากสามารถหาวิธีที่จะช่วยให้คนเข้าถึงค่าของ "ศูนย์สัมบูรณ์" ได้อย่างอิสระ ปัญหามากมายของมนุษยชาติจะได้รับการแก้ไข รถไฟที่ลอยอยู่เหนือรางรถไฟ เครื่องยนต์ที่เบากว่าและเล็กกว่า หม้อแปลงและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องตรวจคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความแม่นยำสูง นาฬิกาที่มีความแม่นยำสูงเป็นเพียงตัวอย่างเล็กๆ น้อยๆ ของการนำยิ่งยวดที่สามารถนำมาสู่ชีวิตของเราได้

ความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ล่าสุด

ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2546 นักวิจัยจาก MIT และ NASA พยายามทำให้ก๊าซโซเดียมเย็นลงจนเหลือระดับต่ำสุดตลอดกาล ในระหว่างการทดลอง พวกเขาอยู่ห่างจากเส้นชัยเพียงครึ่งพันล้านองศา (ศูนย์สัมบูรณ์) ในระหว่างการทดสอบ โซเดียมอยู่ในสนามแม่เหล็กเสมอ ซึ่งทำให้โซเดียมไม่สัมผัสกับผนังของภาชนะ หากสามารถเอาชนะอุปสรรคอุณหภูมิได้ การเคลื่อนที่ของโมเลกุลในแก๊สจะหยุดโดยสมบูรณ์ เพราะความเย็นดังกล่าวจะดึงพลังงานทั้งหมดออกจากโซเดียม นักวิจัยได้ใช้เทคนิคที่ผู้เขียน (Wolfgang Ketterle) ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2544 จุดสำคัญในการทดสอบคือกระบวนการควบแน่นของแก๊สโบส-ไอน์สไตน์ ในขณะเดียวกัน ยังไม่มีใครยกเลิกกฎข้อที่สามของเทอร์โมไดนามิกส์ ซึ่งศูนย์สัมบูรณ์ไม่เพียงแต่เป็นสิ่งที่ผ่านไม่ได้เท่านั้น แต่ยังเป็นค่าที่ไม่สามารถบรรลุได้ด้วย นอกจากนี้ หลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กยังนำมาใช้ และอะตอมก็ไม่สามารถหยุดตายในวิถีของมันได้ ดังนั้น ณ เวลานี้ อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์สำหรับวิทยาศาสตร์ยังคงไม่สามารถบรรลุได้ แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะสามารถเข้าใกล้อุณหภูมิดังกล่าวได้ในระยะทางที่เล็กน้อยเพียงเล็กน้อยก็ตาม

คำว่า "อุณหภูมิ" ปรากฏขึ้นในช่วงเวลาที่นักฟิสิกส์คิดว่าวัตถุที่อบอุ่นประกอบด้วยสารเฉพาะจำนวนมาก - แคลอรี่ - มากกว่าวัตถุเดียวกัน แต่วัตถุที่เย็น และอุณหภูมิก็ตีความว่าเป็นค่าที่สอดคล้องกับปริมาณแคลอรี่ในร่างกาย ตั้งแต่นั้นมา อุณหภูมิของร่างกายจะถูกวัดเป็นองศา แต่ในความเป็นจริง มันคือการวัดพลังงานจลน์ของโมเลกุลเคลื่อนที่ และจากสิ่งนี้ มันควรจะวัดเป็นจูลตามระบบ SI ของหน่วย

แนวคิดของ "อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์" มาจากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ตามนั้นกระบวนการถ่ายเทความร้อนจากตัวเย็นไปเป็นความร้อนนั้นเป็นไปไม่ได้ แนวคิดนี้นำเสนอโดย W. Thomson นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ สำหรับความสำเร็จในวิชาฟิสิกส์ เขาได้รับตำแหน่ง "ลอร์ด" และตำแหน่ง "บารอนเคลวิน" ในปี ค.ศ. 1848 ดับเบิลยู ทอมสัน (เคลวิน) แนะนำให้ใช้มาตราส่วนอุณหภูมิ ซึ่งเขาใช้อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ซึ่งสอดคล้องกับความหนาวจัดเป็นจุดเริ่มต้น และใช้องศาเซลเซียสเป็นราคาหาร หน่วยของเคลวินคือ 1/27316 ของอุณหภูมิจุดสามจุดของน้ำ (ประมาณ 0 องศาเซลเซียส) เช่น อุณหภูมิที่น้ำบริสุทธิ์มีอยู่สามรูปแบบพร้อมกัน: น้ำแข็ง น้ำของเหลว และไอน้ำ อุณหภูมิคืออุณหภูมิต่ำสุดที่ต่ำที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ซึ่งการเคลื่อนที่ของโมเลกุลหยุดลง และไม่สามารถดึงพลังงานความร้อนออกจากสารได้อีกต่อไป ตั้งแต่นั้นมา มาตราส่วนอุณหภูมิสัมบูรณ์ได้รับการตั้งชื่อตามเขา

วัดอุณหภูมิตามมาตราส่วนต่างๆ

มาตราส่วนอุณหภูมิที่ใช้กันมากที่สุดเรียกว่ามาตราส่วนเซลเซียส มันถูกสร้างขึ้นจากสองจุด: ที่อุณหภูมิของการเปลี่ยนเฟสของน้ำจากของเหลวเป็นไอและน้ำเป็นน้ำแข็ง ก. เซลเซียสในปี ค.ศ. 1742 เสนอให้แบ่งระยะห่างระหว่างจุดอ้างอิงเป็นช่วงๆ 100 และใช้น้ำเป็นศูนย์ ในขณะที่จุดเยือกแข็งคือ 100 องศา แต่ชาวสวีเดน K. Linnaeus แนะนำให้ทำตรงกันข้าม ตั้งแต่นั้นมา น้ำก็กลายเป็นน้ำแข็งที่ศูนย์องศาเซลเซียส แม้ว่าจะต้องเดือดอย่างแน่นอนในเซลเซียส ศูนย์สัมบูรณ์ในเซลเซียสสอดคล้องกับลบ 273.16 องศาเซลเซียส

มีเครื่องวัดอุณหภูมิอีกหลายระดับ: Fahrenheit, Réaumur, Rankine, Newton, Roemer พวกเขามีการแบ่งส่วนราคาที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น มาตราส่วนRéaumurยังสร้างขึ้นจากเกณฑ์มาตรฐานของการเดือดและการแช่แข็งของน้ำ แต่มี 80 ส่วน มาตราส่วนฟาเรนไฮต์ซึ่งปรากฏในปี ค.ศ. 1724 ใช้ในชีวิตประจำวันเฉพาะในบางประเทศทั่วโลกรวมถึงสหรัฐอเมริกา หนึ่งคืออุณหภูมิของส่วนผสมของน้ำน้ำแข็ง - แอมโมเนียและอีกอันคืออุณหภูมิของร่างกายมนุษย์ มาตราส่วนแบ่งออกเป็นหนึ่งร้อยดิวิชั่น ศูนย์เซลเซียสเท่ากับ 32 การแปลงองศาเป็นฟาเรนไฮต์สามารถทำได้โดยใช้สูตร: F \u003d 1.8 C + 32 การแปลย้อนกลับ: C \u003d (F - 32) / 1.8 โดยที่: F - องศาฟาเรนไฮต์, C - องศา เซลเซียส. หากคุณขี้เกียจเกินกว่าจะนับ ให้ไปที่บริการแปลงเซลเซียสเป็นฟาเรนไฮต์ออนไลน์ ในกล่อง ให้พิมพ์จำนวนองศาเซลเซียส คลิก "คำนวณ" เลือก "ฟาเรนไฮต์" แล้วคลิก "เริ่ม" ผลลัพธ์จะปรากฏขึ้นทันที

ตั้งชื่อตาม William J. Rankin นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ (แม่นยำกว่าชาวสก็อต) อดีตนักฟิสิกส์ร่วมสมัยของเคลวิน และเป็นหนึ่งในผู้สร้างอุณหพลศาสตร์ทางเทคนิค มีจุดสำคัญสามจุดในระดับของเขา: จุดเริ่มต้นคือศูนย์สัมบูรณ์ จุดเยือกแข็งของน้ำคือ 491.67 องศาแรงคิน และจุดเดือดของน้ำคือ 671.67 องศา จำนวนการแบ่งระหว่างการแช่แข็งของน้ำกับการเดือดในแรงคินและฟาเรนไฮต์คือ 180

เครื่องชั่งเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้โดยนักฟิสิกส์เท่านั้น และ 40% ของนักเรียนมัธยมปลายชาวอเมริกันที่ทำแบบสำรวจในทุกวันนี้กล่าวว่าพวกเขาไม่รู้ว่าอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์คืออะไร

แนวคิดทางกายภาพของ "อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์" มีความสำคัญมากสำหรับวิทยาศาสตร์สมัยใหม่: แนวคิดเช่นความเป็นตัวนำยิ่งยวด การค้นพบที่ทำให้เกิดการกระเซ็นในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด

เพื่อให้เข้าใจว่าศูนย์สัมบูรณ์คืออะไร เราควรอ้างถึงผลงานของนักฟิสิกส์ที่มีชื่อเสียงเช่น G. Fahrenheit, A. Celsius, J. Gay-Lussac และ W. Thomson พวกเขาเป็นผู้มีบทบาทสำคัญในการสร้างเครื่องวัดอุณหภูมิหลักที่ยังคงใช้มาจนถึงทุกวันนี้

คนแรกที่เสนอมาตราส่วนอุณหภูมิของตัวเองในปี 1714 คือนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน G. Fahrenheit ในเวลาเดียวกัน อุณหภูมิของส่วนผสม ซึ่งรวมถึงหิมะและแอมโมเนีย ถูกนำมาเป็นศูนย์สัมบูรณ์ นั่นคือ จุดต่ำสุดในระดับนี้ ตัวบ่งชี้ที่สำคัญต่อไปคือซึ่งเริ่มเท่ากับ 1,000 ดังนั้นแต่ละส่วนของมาตราส่วนนี้จึงเรียกว่า "องศาฟาเรนไฮต์" และมาตราส่วนเองเรียกว่า "มาตราส่วนฟาเรนไฮต์"

หลังจาก 30 ปีผ่านไป นักดาราศาสตร์ชาวสวีเดน A. เซลเซียสได้เสนอมาตราส่วนอุณหภูมิของเขาเอง โดยที่จุดหลักคืออุณหภูมิหลอมเหลวของน้ำแข็งและน้ำ มาตราส่วนนี้เรียกว่า "มาตราส่วนเซลเซียส" ซึ่งยังคงได้รับความนิยมในหลายประเทศทั่วโลก รวมทั้งรัสเซีย

ในปี 1802 ในขณะที่ทำการทดลองที่มีชื่อเสียงของเขา J. Gay-Lussac นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสค้นพบว่าปริมาตรของมวลก๊าซที่ความดันคงที่นั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิโดยตรง แต่ที่น่าสงสัยที่สุดคือเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงไป 10 องศาเซลเซียส ปริมาตรของแก๊สจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงในปริมาณเท่าเดิม เมื่อทำการคำนวณที่จำเป็นแล้ว Gay-Lussac พบว่าค่านี้เท่ากับ 1/273 ของปริมาตรของก๊าซที่อุณหภูมิเท่ากับ 0C

ข้อสรุปที่ชัดเจนจากกฎข้อนี้ คือ อุณหภูมิที่เท่ากับ -2730C คืออุณหภูมิต่ำสุด แม้จะเข้าใกล้จนเข้าถึงไม่ได้ก็ตาม อุณหภูมินี้เรียกว่า "อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์"

ยิ่งไปกว่านั้น ศูนย์สัมบูรณ์กลายเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการสร้างมาตราส่วนอุณหภูมิสัมบูรณ์ ซึ่งนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ดับเบิลยู ทอมสัน หรือที่รู้จักในชื่อลอร์ดเคลวิน เข้ามามีส่วนร่วม

การวิจัยหลักของเขาเกี่ยวข้องกับการพิสูจน์ว่าไม่มีร่างกายใดในธรรมชาติที่สามารถระบายความร้อนได้ต่ำกว่าศูนย์สัมบูรณ์ ในเวลาเดียวกัน เขาใช้อันที่สองอย่างแข็งขัน ดังนั้นมาตราส่วนอุณหภูมิสัมบูรณ์ที่เขาแนะนำในปี ค.ศ. 1848 จึงกลายเป็นที่รู้จักในชื่ออุณหพลศาสตร์หรือ "มาตราส่วนเคลวิน"

ในปีและทศวรรษต่อ ๆ มา มีเพียงการปรับแต่งตัวเลขของแนวคิดเรื่อง "ศูนย์สัมบูรณ์" ซึ่งหลังจากข้อตกลงจำนวนมากเริ่มถือว่าเท่ากับ -273.150C

นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าศูนย์สัมบูรณ์มีบทบาทสำคัญมากในข้อเท็จจริงทั้งหมดว่าในปี 1960 ในการประชุมใหญ่สามัญเรื่องตุ้มน้ำหนักและการวัดครั้งถัดไป หน่วยของอุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์ - เคลวิน - กลายเป็นหนึ่งในหกหน่วยพื้นฐานของการวัด ในเวลาเดียวกัน มีการกำหนดไว้โดยเฉพาะว่าหนึ่งองศาเคลวินเป็นตัวเลขเท่ากับหนึ่ง เฉพาะที่นี่จุดอ้างอิง "ตามเคลวิน" เท่านั้นที่ถือว่าเป็นศูนย์สัมบูรณ์นั่นคือ -273.150С

ความหมายทางกายภาพที่สำคัญของศูนย์สัมบูรณ์คือตามกฎทางกายภาพพื้นฐานที่อุณหภูมิดังกล่าวพลังงานของการเคลื่อนที่ของอนุภาคมูลฐานเช่นอะตอมและโมเลกุลมีค่าเท่ากับศูนย์และในกรณีนี้การเคลื่อนไหวที่วุ่นวายของ อนุภาคเหล่านี้ควรหยุด ที่อุณหภูมิเท่ากับศูนย์สัมบูรณ์ อะตอมและโมเลกุลควรอยู่ในตำแหน่งที่ชัดเจนในจุดหลักของผลึกขัดแตะ ก่อตัวเป็นระบบที่เป็นระเบียบ

ในปัจจุบัน การใช้อุปกรณ์พิเศษ นักวิทยาศาสตร์สามารถได้รับอุณหภูมิที่สูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์เพียงไม่กี่ล้านเท่านั้น เป็นไปไม่ได้ทางกายภาพที่จะบรรลุคุณค่านี้เนื่องจากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ที่อธิบายไว้ข้างต้น

อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์

อุณหภูมิจำกัดที่ปริมาตรของก๊าซในอุดมคติกลายเป็นศูนย์ จะถูกนำมาเป็น อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์

ลองหาค่าของศูนย์สัมบูรณ์ในระดับเซลเซียส
เท่ากับปริมาณ วีในสูตร (3.1) ถึงศูนย์และคำนึงถึงว่า

.

ดังนั้นอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์คือ

t= -273 °ซ. 2

นี่คืออุณหภูมิต่ำสุดที่จำกัดในธรรมชาติ ซึ่งเป็น "ระดับความหนาวเย็นที่ยิ่งใหญ่ที่สุดหรือสุดท้าย" ซึ่ง Lomonosov คาดการณ์ไว้

อุณหภูมิที่สูงที่สุดในโลก - หลายร้อยล้านองศา - ได้มาระหว่างการระเบิดของระเบิดแสนสาหัส อุณหภูมิที่สูงขึ้นยังเป็นลักษณะเฉพาะของบริเวณชั้นในของดาวฤกษ์บางดวง

2A ค่าที่แม่นยำยิ่งขึ้นสำหรับศูนย์สัมบูรณ์: -273.15°C

ระดับเคลวิน

นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ W. Kelvin ได้แนะนำ มาตราส่วนสัมบูรณ์อุณหภูมิ อุณหภูมิศูนย์ในระดับเคลวินสอดคล้องกับศูนย์สัมบูรณ์และหน่วยของอุณหภูมิในระดับนี้เท่ากับองศาเซลเซียสดังนั้นอุณหภูมิสัมบูรณ์ ตู่สัมพันธ์กับอุณหภูมิในระดับเซลเซียสโดยสูตร

T = t + 273. (3.2)

ในรูป 3.2 แสดงมาตราส่วนสัมบูรณ์และมาตราส่วนเซลเซียสสำหรับการเปรียบเทียบ

หน่วย SI ของอุณหภูมิสัมบูรณ์เรียกว่า เคลวิน(ย่อว่า ก) ดังนั้นหนึ่งองศาเซลเซียสเท่ากับหนึ่งองศาเคลวิน:

ดังนั้น อุณหภูมิสัมบูรณ์ตามคำจำกัดความที่กำหนดโดยสูตร (3.2) จึงเป็นปริมาณอนุพันธ์ที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเซลเซียสและค่าที่กำหนดโดยการทดลองของ a

ผู้อ่าน:ความหมายทางกายภาพของอุณหภูมิสัมบูรณ์คืออะไร?

เราเขียนนิพจน์ (3.1) ในรูปแบบ

.

เนื่องจากอุณหภูมิในระดับเคลวินสัมพันธ์กับอุณหภูมิในระดับเซลเซียสตามอัตราส่วน T = t + 273 เราได้รับ

ที่ไหน ตู่ 0 = 273 K หรือ

เนื่องจากความสัมพันธ์นี้ใช้ได้สำหรับอุณหภูมิที่กำหนดเอง ตู่กฎหมายเกย์-ลูสแซกสามารถกำหนดได้ดังนี้:

สำหรับมวลของก๊าซที่กำหนดที่ p = const ความสัมพันธ์

งาน 3.1.ที่อุณหภูมิ ตู่ 1 = ปริมาณก๊าซ 300 K วี 1 = 5.0 ลิตร กำหนดปริมาตรของก๊าซที่ความดันและอุณหภูมิเท่ากัน ตู่= 400 เค

หยุด! ตัดสินใจด้วยตัวเอง: A1, B6, C2

งาน 3.2.ด้วยการให้ความร้อนแบบไอโซบาริก ปริมาตรของอากาศจะเพิ่มขึ้น 1% อุณหภูมิสัมบูรณ์เพิ่มขึ้นกี่เปอร์เซ็นต์?

= 0,01.

ตอบ: 1 %.

จำสูตรผลลัพธ์

หยุด! ตัดสินใจด้วยตัวเอง: A2, A3, B1, B5

กฎของชาร์ลส์

นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Charles ได้ทำการทดลองพบว่า หากคุณให้ความร้อนกับแก๊สโดยที่ปริมาตรของมันคงที่ ความดันของแก๊สก็จะเพิ่มขึ้น การพึ่งพาความดันต่ออุณหภูมิมีรูปแบบดังนี้

R(t) = พี 0 (1 + ข t), (3.6)

ที่ไหน R(t) คือความดันที่อุณหภูมิ tองศาเซลเซียส; R 0 – ความดันที่ 0 °C; b คือค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความดัน ซึ่งเท่ากันสำหรับก๊าซทั้งหมด: 1/K

ผู้อ่าน:น่าแปลกที่ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความดัน b เท่ากับค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงปริมาตร a!

ให้เราหามวลของก๊าซที่มีปริมาตร วี 0 ที่อุณหภูมิ ตู่ 0 และความกดดัน R 0 . ครั้งแรกที่รักษาความดันของแก๊สให้คงที่เราทำให้ร้อนที่อุณหภูมิ ตู่หนึ่ง . แล้วแก๊สจะมีปริมาตร วี 1 = วี 0 (1 + เป็ t) และความกดดัน R 0 .

ครั้งที่สอง รักษาปริมาตรของแก๊สให้คงที่ เราให้ความร้อนที่อุณหภูมิเท่าเดิม ตู่หนึ่ง . แล้วแก๊สจะมีแรงดัน R 1 = R 0 (1 + ข t) และปริมาณ วี 0 .

เนื่องจากอุณหภูมิของแก๊สเท่ากันในทั้งสองกรณี กฎหมาย Boyle–Mariotte จึงใช้ได้:

พี 0 วี 1 = พี 1 วี 0 Þ R 0 วี 0 (1 + เป็ t) = R 0 (1 + ข t)วี 0 Þ

Þ 1 + เสื้อ = 1+ข tÞ ก = ข

ดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจที่ a = b ไม่!

ให้เราเขียนกฎของชาร์ลส์ใหม่ในรูป

.

ระบุว่า ตู่ = t°С + 273 °С, ตู่ 0 \u003d 273 ° C เราได้รับ