Absolutul zero indică o temperatură egală cu -273 grade Celsius și reprezintă o temperatură sub care niciun corp nu poate fi în nici un caz răcit. Acest lucru este dovedit de fizicianul englez Kelvin (William Thomson).
Din raționamentul său rezultă că presiunea unei mase date de gaz închise într-un volum constant este direct proporțională cu temperatura absolută. Aceasta este o nouă expresie a legii lui Charles.
Pentru comparație, presiunea gazului închis într-un volum constant, nu este direct proporțională cu temperatura, calculată pe scara Celsius, pentru această scală este stabilită în mod arbitrar, fără nici o legătură cu legile de expansiune a gazelor.
Energia mișcării termice vibraționale și translaționale a particulelor de materie se trage brusc la zero:
- mișcarea atomilor și a moleculelor aproape încetează (există încă efecte cuantice).
-corpurile se micsorează
-căldura specifică tinde și la zero.
-----------------
Totul devine "înghețat"!
Și procesele fizice nu se opresc tot - atomii nu sunt distruși - electriciștii se plimbă în orbitele lor.
Temperatura la care particulele de materie au o cantitate minimă de mișcare, care este păstrată numai prin mișcare cuantică mecanică, este temperatura zero absolută. Temperaturile absolute zero nu pot fi atinse. La o temperatură de zero absolută, mișcarea termică se oprește. Această afirmație, totuși, nu înseamnă deloc că întreaga mișcare a particulelor din interiorul corpului încetează cu totul.
Temperatura absolută este proporțională cu energia cinetică medie a mișcării translaționale a moleculelor de materie. Acesta este sensul fizic al temperaturii absolute.
Cu o scădere a temperaturii pe un anumit grad, substanța se micșorează cu 13,15 volume. (din volumul la zero la celsius). La zero absolută, substanța trebuie să se contracte astfel încât să înceteze să existe.
În mecanică, corpul fizic este cel mai des înțeles ca un punct material. Aceasta este o abstracție, a cărei principală proprietate este faptul că dimensiunea reală a corpului pentru rezolvarea unei probleme specifice poate fi neglijată. Cu alte cuvinte, punctul material este un corp fizic foarte concret care are dimensiuni, formă și alte caracteristici similare, dar ele nu sunt deloc importante pentru a rezolva problema existentă. De exemplu, dacă doriți să calculați viteza medie a unui obiect într-o anumită parte a căii, lungimea sa în rezolvarea problemei poate fi complet ignorată. Un alt tip de corp fizic, considerat de mecanică, este un corp absolut rigid. Mecanica unui astfel de corp este exact aceeași cu mecanica unui punct material, dar are și alte proprietăți. Corpul solid solid este format din puncte materiale, însă nici distanța dintre ele, nici distribuția masei nu variază sub sarcina la care este expus corpul. Aceasta înseamnă că nu poate fi deformată. Pentru a determina poziția unui corp absolut rigid, este suficient să specificăm un sistem de coordonate legat de acesta, de obicei cartesian. În cele mai multe cazuri, centrul de masă este, de asemenea, centrul sistemului de coordonate. În natura unui corp rigid nu există, dar pentru multe sarcini astfel de abstractizare este foarte utilă, deși în mecanica relativistă, nu se consideră, din moment ce mișcările cu viteze comparabile cu viteza luminii, acest model demonstrează contradicțiile interne. Opusul corpului absolut rigid este un corp deformabil, ale cărui particule pot fi deplasate unul față de celălalt. Există tipuri speciale de corpuri fizice în alte ramuri ale fizicii. De exemplu, în termodinamică se introduce conceptul de corp absolut negru. Acesta este un model ideal, un corp fizic care absoarbe absolut toată radiația electromagnetică care o lovește. În același timp, ea însăși poate produce în întregime radiații electromagnetice și poate avea orice culoare. Un exemplu de obiect care este cel mai asemănător cu proprietățile unui corp absolut negru este Soarele. Dacă luăm problema de pământ comun, putem aminti funingine, care absoarbe 99% din radiația care se încadrează pe ea, în plus față de infraroșu, cu absorbția acestei substanțe care se ocupă mult mai rău.
Absolutul zero al temperaturii (mai puțin frecvent - zero absolută a temperaturii) este limita minimă. care poate avea un corp fizic în univers. Absolutul zero servește drept punct de referință pentru scala de temperatură absolută, de exemplu, scara. In godu X 1954 Conferința generală privind greutățile și măsurile stabilite la scară temperatură termodinamică cu una - apă a cărei temperatură a adoptat 273,16 K (exact), ceea ce corespunde la 0,01 ° C, astfel încât scala corespunde absolut temperaturii de zero -273.15 ° C
În cadrul aplicabilității, absolut zero în practică este imposibil de realizat. existența și poziția sa pe scara de temperatură trebuie să fie de fenomenele fizice observate, cu o astfel de extrapolare reiese că, la absolut zero a mișcării termice a moleculelor și atomilor materialului trebuie să fie zero, adică mișcarea particulelor încetează, și formează o structură ordonată, care ocupă o poziție clară în noduri (lichidul este o excepție). Cu toate acestea, din punct de vedere și la temperaturi absolute zero există. care se datorează particulelor și. împrejurimile lor.
În 1703, fizicianul francez (născut Guillaume Amontons) a prezentat aerul. în care zero a scării a fost considerată a fi temperatura la care aerul "își pierde toată elasticitatea". Valoarea calculată de el era -239,5 ° C.
În teoria cinetică a căldurii de la MV Lomonosov, căldura se explică prin mișcarea "rotativă". Încetarea mișcării înseamnă gradul extrem de frig (în terminologia modernă, zero absolută).
În lucrarea "Pyrometrie", publicată în 1779, om de știință german (germanul Johann Heinrich Lambert) a clarificat valoarea obținută de Amonton și a primit -270 ° C.
La temperaturi apropiate de zero, se observă numai efecte cuantice pur, cum ar fi:
- G. Burmin. Furtună de zero absolută. - M. "Literatura pentru copii", 1983
Temperatura absolută zero. Temperatura, determinată prin formula (2.6), evident nu poate fi negativă, deoarece toate cantitățile din puritatea stângă (2.6) sunt cu siguranță pozitive. În consecință, cea mai mică temperatură posibilă T este T = 0, atunci când presiunea p. sau volumul V sunt zero. Temperatura limită de la care presiunea gazului ideal dispare la o sumă fixă sau volumul unui gaz ideal tinde la zero, la o presiune constantă, numită absolut temperatura zero. Aceasta este cea mai scăzută temperatură în natură, "cel mai mare sau ultim grad de frig", a cărui existență Lomonosov a prezis.
Scară de temperatură absolută. Engleză om de știință W. Kelvin a introdus o scară de temperatură absolută. Temperatura zero pe o scară absolută (numită și scala Kelvin) corespunde cu zero absolută, iar fiecare unitate de temperatură de pe această scală este egală cu un grad pe scara Celsius.
Unitatea de temperatură absolută în SI este numită kelvin (notată cu litera K).
Constanta Boltzmann. Definim coeficientul k în formula (2.6) astfel încât un kelvin să fie egal cu un grad pe scara Celsius.
Știm valorile Θ la 0 ° C și 100 ° C (formulele 2.2 și 2.4). Denumiți temperatura absolută la 0 ° C până la T 1. a la 100 ° C până la T 2. Apoi
Este numită constanta Boltzmann în onoarea marelui fizician austriac L. Boltzmann, unul dintre fondatorii teoriei moleculare-cinetice a gazelor.
Constanta Boltzmann corelează temperatura Θ în unitățile energetice cu temperatura T în celină. Aceasta este una dintre cele mai importante teorii moleculare-cinetice permanente.
Boltzmann Ludwig (1844-1906) este un mare fizician austriac, unul dintre fondatorii teoriei moleculare-cinetice. În lucrările lui Boltzmann, teoria moleculare-cinetică a apărut pentru prima dată ca o teorie fizică logică armonioasă și consistentă. Boltzmann a făcut mult pentru a dezvolta și a populariza teoria câmpului electromagnetic al lui Maxwell. Un luptător prin natură, a apărat cu pasiune nevoia de interpretare moleculară a fenomenelor termice și a asumat principala dificultate de a lupta cu oamenii de știință care au negat existența moleculelor.
Relația dintre scara absolută și scala Celsius. Cunoscând constanta lui Boltzmann, se poate găsi zero absolută pe scara Celsius. Pentru a face acest lucru, vom găsi mai întâi valoarea absolută a temperaturii corespunzătoare la 0 ° C.
Un singur Kelvin și un grad de scară Celsius coincid. Prin urmare, orice valoare a temperaturii absolute T va fi de 273 grade peste temperatura corespunzătoare t în Celsius:
Dar schimbarea temperaturii absolute ΔT este egală cu schimbarea temperaturii pe scara Celsius Δt. Δ T = Δt.
Figura 27 pentru comparație arată scara absolută și scala Celsius. Absolutul zero corespunde unei temperaturi de t = -273 ° C. (O valoare mai exactă a zero zero: -273,15 ° C)
Partea stângă a ecuațiilor este aceeași. Prin urmare, laturile lor drepte trebuie să fie egale. Din aceasta urmează relația dintre energia cinetică medie a mișcării translaționale a moleculelor și a temperaturii:
Energia cinetică medie a mișcării haotice a moleculelor de gaz este proporțională cu temperatura absolută. Cu cât este mai mare temperatura, cu atât moleculele se mișcă mai repede. Astfel, ipoteza anterioară despre relația dintre temperatură și viteza medie moleculară a fost justificată în mod fiabil.
Relația dintre temperatura și energia cinetică medie a mișcării de translație a moleculelor (2.9) este stabilită pentru gazele rare. Totuși, se dovedește a fi valabilă pentru orice substanță a cărei mișcare de atomi sau molecule se supune legilor mecanicii newtoniene. Este adevărat pentru lichide și solide, în care atomii pot oscila numai în apropierea pozițiilor de echilibru în locurile de cristal.
Pe măsură ce temperatura se apropie de zero, energia mișcării termice a moleculelor se apropie, de asemenea, de zero.
Dependența presiunii gazului asupra concentrației și temperaturii sale. Înlocuind (2.9) în formula (1.18), obținem o expresie care arată dependența presiunii gazului de concentrația de molecule și de temperatură:
Din formula (2.10) (această formulă poate fi de asemenea obținută din ecuația (2.6)) rezultă că pentru presiunile și temperaturile identice concentrația de molecule pentru toate gazele este aceeași. Prin urmare, se respectă legea Avogadro, care vă este cunoscută din cursul chimiei clasei a VIII-a: în volume egale de gaze, la temperaturi și presiuni identice, același număr de molecule este conținut.
1. Ce proprietati ale corpurilor macroscopice sunt folosite pentru a masura temperatura? 2. Care este avantajul utilizării gazelor diluate pentru măsurarea temperaturii? 3. Cum este legat volumul, presiunea și numărul de molecule ale diferitelor gaze legate de starea echilibrului termic? 4. Care este sensul fizic al constantei Boltzmann? 5. Care sunt avantajele unei scări de temperatură absolută în comparație cu alte scale? 6. Care este temperatura absolută zero la scara Celsius? 7. Cum depinde energia cinetică medie a mișcării translaționale a moleculelor de temperatură? 8. Cum este presiunea gazului conectată la temperatura și concentrația moleculelor? 9. Care este semnificația fizică a temperaturii absolute zero?
Alegerea punctelor de topire a gheții și a punctelor de fierbere ca puncte principale ale scalei de temperatură este complet arbitrară. Scara de temperatură astfel obținută s-a dovedit a fi incomod pentru studiile teoretice.
Pe baza legilor termodinamicii, Kelvin a fost capabil să construiască așa-numita scală absolută a temperaturii (acum se numește scara de temperatură termodinamică sau scara Kelvin), acesta nu depinde de natura organismului termometrică, nici al parametrului termometrie ales. Cu toate acestea, principiul construirii unei astfel de scări depășește curriculumul școlar. Vom examina această întrebare folosind alte considerente.
Formula (2) implică două modalități posibile de stabilire a unei scări de temperatură: utilizarea unei modificări a presiunii unei anumite cantități de gaz la un volum constant sau o schimbare a volumului la presiune constantă. O astfel de scară este numită scala ideală pentru temperatura gazului.
Temperatura definită de (2) se numește temperatura absolută. Τ Temperatura absolută nu poate fi negativ, deoarece din stânga în ecuația (2) sunt în mod clar valori pozitive (mai precis, poate fi de semne opuse, poate fi pozitiv sau negativ. Aceasta depinde de alegerea semnului constantă k. Deoarece condițiile temperatura punctului triplu este presupusă a fi pozitivă, atunci temperatura absolută poate fi doar pozitivă). În consecință, cea mai mică temperatură posibilă T = 0 este temperatura când presiunea sau volumul sunt zero.
Temperatura limită la care presiunea gazului ideal dispare la o sumă fixă sau volumul unui gaz ideal tinde spre zero (adică gazul deoarece acesta ar trebui să se micșoreze la „punct“), la o presiune constantă se numește zero absolut. Aceasta este temperatura cea mai scăzută în natură.
Din (3), ținând seama de faptul că \
\ mathcal h W_K \ mathcal i = \ frac \). semnificația fizică a zero absolută urmează: zero absolută este temperatura la care mișcarea termică de translație a moleculelor trebuie să se oprească. Absolutul zero este inaccesibil.
În Sistemul Internațional de Unități (SI), se utilizează o scală de temperatură absolută termodinamică. Absolutul zero este asumat pentru temperatura zero la această scală. Ca un al doilea punct de referință a trecut temperatura la care sunt în echilibru dinamic, apă, gheață și abur saturat, așa numitul triplu punct (temperatura Celsius a punctului triplu este egală cu 0,01 ° C). Fiecare unitate de temperatură absolută, numită Kelvin (indicată 1 K), este egală cu un grad de Celsius.
Prin imersarea balonului termometrului de gaz în gheața topită și apoi în apă fiartă la presiune atmosferică normală, s-a constatat că presiunea gazului în al doilea caz este de 1,3661 ori mai mare decât în prima. Luând în considerare acest lucru și utilizând formula (2), se poate determina că temperatura topirii gheții T0 = 273,15 K.
Într-adevăr, vom scrie ecuația (2) pentru temperatura T0 de topire a gheții și punctul de fierbere al apei (T0 + 100):
Împărțim cea de-a doua ecuație cu prima, obținem: