Понятие температуры известно даже тем, кто входил в школьные годы в число самых нерадивых учеников. Есть температура на улице, есть температура больного, есть температура, при которой нужно стирать определенные типы тканей. Каждый из этих показателей человек понимает практически интуитивно, но все же такое восприятие довольно далеко от научного взгляда на температуру.
В действительности, температура - это понятие такой ветви физики как термодинамика. Термодинамика вообще весьма оригинальная вещь - у нее есть целых 3 начала и до сих пор не обнаружено ни единого конца. 3-е начало термодинамики имеет много различных формулировок (правда смысл их в конце концов един), автору статьи больше всех по душе формулировка в виде тепловой теоремы Нернста. Эта теорема гласит: «абсолютный ноль не достижим».
Попробуем разобраться, что же такое абсолютный ноль
Измерение температуры дело довольно сложное - для начала следует понять, что такое температура.
В термодинамике степень нагретости тела определяется как скорость броуновского (хаотического) движения его молекул. Нагрев (передача телу тепловой энергии) приводит к тому, что молекулы начинают двигаться все быстрее, тело сначала плавится, затем полученная жидкость закипает, далее молекулы начинают двигаться со все большей скоростью и образуется газ.
Попробуем представить обратный процесс - мы отнимаем у тела тепло.
Поначалу газ конденсируется в жидкость, затем она превращается в твердое тело. Дальнейшее охлаждение приводит к еще большему замедлению молекул, вернее скорости их колебания возле узлов кристаллической решетки. Сразу возникает вопрос можно ли охлаждением добиться полного прекращения броуновского движения?
Как возникло понятие «абсолютный ноль»
В середине 19 века английский физик У. Томсон смог убедить ученый мир, что невозможен процесс, в котором тепло самопроизвольно переходит от холодного тела к нагретому.
Затем, в 1848 году он предложил ввести температурную шкалу, где началом отсчета будет температура, при которой прекращается броуновское движение, а один градус будет равняться градусу Цельсия. Температуру, при которой прекращается броуновское движение условились называть абсолютным нолем. Достижения физика не остались незамеченными - королева Виктория возвела ученого в дворянский сан, дав Томсону титул барона и лорда Кельвина. А температурную шкалу назвали шкалой Кельвина.
Еще 2 с половиной столетия назад некоторые ученые предполагали, что в межзвездном пространстве стоят невообразимые холода в тысячи градусов ниже ноля по Цельсию. Однако в 19 веке наука буквально галопировала, и спустя относительно небольшое время стало ясно, что таких морозов в природе быть не может. Согласно вычислениям, температура -273,15 °С является самой минимальной из возможных или абсолютным нулем. Однако любая температурная шкала требует введение хотя бы одной реперной точки. В 1954 году для термодинамической температуры в ее качестве была принята тройная точка воды (температура при которой вода находится в равновесии сразу в 3 агрегатных состояниях) равная 0.01 °С.
Возможно ли достижение температуры тела абсолютного ноля и насколько к этому приблизились ученые
В наше время уже разработаны и опробованы способы получения сверхнизких температур. Удалось добиться температуры, отстоящей на одну миллиардную градуса от абсолютного ноля. Но полностью до абсолютного ноля добраться не удастся никогда - ситуация напоминает положение со скоростью света. Скорость материального тела может бесконечно близко приближаться к световой, но никогда ее не достигнет. Для достижения скорости света тело должно получить бесконечную энергию. А для достижения абсолютного ноля у тела требуется отобрать бесконечно большое количество теплоты.
Не стоит думать, что даже при абсолютном ноле молекулы и атомы станут абсолютно неподвижными - некие колебания все равно будут происходить. Это следует из принципа неопределенности Гейзенберга.
Если вам понравилась статья , поставьте лайк и подпишитесь на канал НАУЧПОП . Оставайтесь с нами, друзья! Впереди ждёт много интересного!
