Absolūtā nulle
Absolūtā nulle ir temperatūra, kurā vielas daļiņu (molekulu un atomu) enerģētiskā vērtība ir viszemākā. Daži cilvēki domā, ka absolūtā nulles temperatūrā daļiņas zaudē visu enerģiju un pārstāj kustēties. Tas nav pareizi. Kvantu fizikā pastāv kaut kas, ko sauc par nulles punkta enerģiju, kas nozīmē, ka pat pēc tam, kad daļiņām ir atņemta visa enerģija, daļiņām joprojām ir zināma enerģija. Tas ir saistīts ar Heizenberga nenoteiktības principu, kas nosaka, ka, jo vairāk ir zināms par daļiņas pozīciju, jo mazāk var zināt par tās kustības momentu, un otrādi. Tāpēc daļiņu nevar pilnībā apturēt, jo tad būtu zināma tās precīza atrašanās vieta un impulss.
Daži cilvēki ir radījuši temperatūru, kas ir ļoti tuvu absolūtajai nullei: rekordtemperatūra bija 100 pK (simts pikokelvīnu, kas ir 10-10 kelvīnu) virs absolūtās nulles. Pat pietuvoties absolūtajai nullei ir grūti, jo viss, kas pieskaras objektam, kurš tiek atdzesēts tuvu absolūtajai nullei, nodotu objektiem siltumu. Zinātnieki izmanto lāzerus, lai palēninātu atomus, atdzesējot objektus līdz ļoti zemām temperatūrām.
Kelvina un Rankina temperatūras skalas ir definētas tā, ka absolūtā nulle ir 0 kelvīnu (K) vai 0 Rankina grādu (°R). Celsija un Fārenheita skalas ir noteiktas tā, ka absolūtā nulle ir -273,15 °C vai -459,67 °F.
Šajā posmā daļiņu spiediens ir nulle. Ja uzzīmējam tam grafiku, redzam, ka daļiņu temperatūra ir nulle. Temperatūra vairs nevar pazemināties. Arī daļiņas nevar kustēties "atpakaļgaitā", jo, tā kā daļiņu kustība ir vibrācija, vibrācija atpakaļgaitā nebūtu nekas cits kā vienkārši atkal vibrācija. Jo tuvāk objekta temperatūra ir absolūtajai nullei, jo mazāka ir materiāla pretestība pret elektrību, tāpēc tas elektrību vadīs gandrīz perfekti, bez izmērāmas pretestības.
Trešaistermodinamikas likums nosaka, ka absolūtā nulles temperatūra nekad nevar būt absolūtā nulle.
Otrais termodinamikas likums nosaka, ka visiem dzinējiem, kurus darbina ar siltumu (piemēram, automobiļu dzinējiem un tvaika vilcienu dzinējiem), ir jāizdala izplūdes siltums un tie nevar būt 100 % efektīvi. Tas ir tāpēc, ka efektivitāte (dzinēja patērētās enerģijas procentuālā daļa, kas faktiski tiek izmantota dzinēja darbam) ir 100 % × (1-Tārpuse/Tārpuse), kas ir 100 % tikai tad, ja ārējā temperatūra ir absolūts nulle, bet tā nevar būt. Tātad motors nevar būt 100 % efektīvs, bet tā efektivitāti var pietuvināt 100 %, paaugstinot iekšējo temperatūru un/vai pazeminot ārējo temperatūru.
Par absolūto nulli sauc nulles kelvīnus (-273,15 °C).
Saistītās lapas
- Absolūtā temperatūra
- Absolūti karsts
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir absolūtais nulle?
A: Absolūtā nulle ir temperatūra, kurā vielas daļiņas (molekulas un atomi) atrodas zemākajā enerģijas punktā.
Vai absolūtā nulle nozīmē, ka daļiņas zaudē visu enerģiju un pārstāj kustēties?
A: Nē, kvantu fizikā pastāv kaut kas, ko sauc par nulles punkta enerģiju, kas nozīmē, ka pat pēc tam, kad daļiņām ir atņemta visa enerģija, daļiņām joprojām ir zināma enerģija Heizenberga nenoteiktības principa dēļ.
J: Kāds ir temperatūras rekords, kas sasniegts tuvu absolūtajam nullim?
Atbilde: Rekorda temperatūra bija 100 pK (simts pikokelvīnu, kas ir 10-10 kelvīnu) virs absolūtās nulles.
J: Kā zinātnieki atdzesē objektus līdz ļoti zemām temperatūrām?
A: Zinātnieki izmanto lāzerus, lai palēninātu atomu darbību, atdzesējot objektus līdz ļoti zemām temperatūrām.
J: Kā ir noteiktas Celsija un Fārenheita skalas attiecībā pret absolūto nulli?
A: Celsija un Fārenheita skalas ir definētas tā, ka absolūtā nulle ir -273,15°C jeb -459,67°F.
J: Ko saka trešais termodinamikas likums par absolūto nulli?
A: Trešais termodinamikas likums saka, ka nekas nekad nevar sasniegt absolūtās nulles temperatūru.
J: Kā var palielināt dzinēja efektivitāti tuvāk 100 %?
Atbilstoši otrajam termodinamikas likumam dzinēja efektivitāti var palielināt tuvāk 100 %, padarot iekšējo temperatūru augstāku un/vai ārējo temperatūru zemāku.
