পরম শূন্য কিসের সমান তাপমাত্রা যে বিন্দুতে আণবিক চলাচল বন্ধ করে দেয়?

"তাপমাত্রা" শব্দটি এমন একটি সময়ে উপস্থিত হয়েছিল যখন পদার্থবিজ্ঞানীরা ভেবেছিলেন যে উষ্ণ শরীরে একই দেহের চেয়ে বেশি একটি নির্দিষ্ট পদার্থ থাকে - ক্যালোরিযুক্ত - তবে ঠান্ডা। এবং তাপমাত্রাকে শরীরের ক্যালোরির পরিমাণের সাথে সম্পর্কিত একটি মান হিসাবে ব্যাখ্যা করা হয়েছিল। এরপর থেকে যেকোনো শরীরের তাপমাত্রা ডিগ্রীতে মাপা হচ্ছে। কিন্তু প্রকৃতপক্ষে এটি চলমান অণুর গতিশক্তির একটি পরিমাপ, এবং এর উপর ভিত্তি করে, এটিকে ইউনিট সি সিস্টেম অনুসারে জুলে পরিমাপ করা উচিত।

"পরম শূন্য তাপমাত্রা" ধারণাটি তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র থেকে এসেছে। এটি অনুসারে, ঠান্ডা শরীর থেকে গরম শরীরে তাপ স্থানান্তর প্রক্রিয়া অসম্ভব। এই ধারণাটি ইংরেজ পদার্থবিদ ডব্লিউ থমসন প্রবর্তন করেন। পদার্থবিজ্ঞানে তার কৃতিত্বের জন্য, তাকে আভিজাত্য "লর্ড" এবং "ব্যারন কেলভিন" উপাধি দেওয়া হয়েছিল। 1848 সালে, ডব্লিউ. থমসন (কেলভিন) একটি তাপমাত্রার স্কেল ব্যবহার করার প্রস্তাব করেন যেখানে তিনি চরম ঠাণ্ডার সাথে সঙ্গতিপূর্ণ, সূচনা বিন্দু হিসাবে নিখুঁত শূন্য তাপমাত্রা গ্রহণ করেন এবং ডিভিশন মান হিসাবে ডিগ্রি সেলসিয়াস গ্রহণ করেন। কেলভিন একক হল জলের ট্রিপল পয়েন্টের তাপমাত্রার 1/27316 (প্রায় 0 ডিগ্রি সে), অর্থাৎ যে তাপমাত্রায় বিশুদ্ধ জল অবিলম্বে তিনটি আকারে বিদ্যমান: বরফ, তরল জল এবং বাষ্প। তাপমাত্রা হল সর্বনিম্ন সম্ভাব্য নিম্ন তাপমাত্রা যেখানে অণুর চলাচল বন্ধ হয়ে যায় এবং পদার্থ থেকে তাপ শক্তি বের করা আর সম্ভব হয় না। তারপর থেকে, পরম তাপমাত্রা স্কেল তার নামে নামকরণ করা হয়।

তাপমাত্রা বিভিন্ন স্কেলে পরিমাপ করা হয়

সর্বাধিক ব্যবহৃত তাপমাত্রা স্কেলকে সেলসিয়াস স্কেল বলা হয়। এটি দুটি পয়েন্টের উপর নির্মিত: জলের তরল থেকে বাষ্পে এবং জল থেকে বরফের পর্যায়ে রূপান্তরের তাপমাত্রার উপর। উ: 1742 সালে সেলসিয়াস রেফারেন্স পয়েন্টের মধ্যে দূরত্বকে 100 ডিগ্রীতে বিভক্ত করার এবং জলকে শূন্য হিসাবে গ্রহণ করার প্রস্তাব করেছিল, হিমাঙ্ক বিন্দুকে 100 ডিগ্রি হিসাবে। কিন্তু সুইডেন কে. লিনিয়াস এর বিপরীত করার পরামর্শ দিয়েছেন। তারপর থেকে, জল শূন্য ডিগ্রি এ. সেলসিয়াসে বরফে পরিণত হয়েছে। যদিও এটি সেলসিয়াসে ঠিক ফুটতে হবে। পরম শূন্য সেলসিয়াস মাইনাস 273.16 ডিগ্রি সেলসিয়াসের সাথে মিলে যায়।

আরও কয়েকটি তাপমাত্রার স্কেল রয়েছে: ফারেনহাইট, রেউমুর, র‍্যাঙ্কিন, নিউটন, রোমার। তাদের বিভিন্ন বিভাগের দাম রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, রেউমুর স্কেলটি জলের ফুটন্ত এবং জমাট বাঁধার রেফারেন্স পয়েন্টগুলির উপরও নির্মিত, তবে এতে 80টি বিভাগ রয়েছে। ফারেনহাইট স্কেল, যা 1724 সালে আবির্ভূত হয়েছিল, শুধুমাত্র মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র সহ বিশ্বের কিছু দেশে দৈনন্দিন জীবনে ব্যবহৃত হয়; একটি হল জলের বরফ এবং অ্যামোনিয়ার মিশ্রণের তাপমাত্রা এবং অন্যটি মানবদেহের তাপমাত্রা। স্কেলটি একশটি বিভাগে বিভক্ত। শূন্য সেলসিয়াস 32 ডিগ্রি ফারেনহাইটে রূপান্তর সূত্রটি ব্যবহার করে করা যেতে পারে: F = 1.8 C + 32। বিপরীত রূপান্তর: C = (F - 32)/1.8, যেখানে: F - ডিগ্রি ফারেনহাইট, C - ডিগ্রি সেলসিয়াস। আপনি গণনা করতে খুব অলস হলে, সেলসিয়াসকে ফারেনহাইটে রূপান্তর করার জন্য একটি অনলাইন পরিষেবাতে যান। বাক্সে, ডিগ্রি সেলসিয়াসের সংখ্যা লিখুন, "গণনা করুন" ক্লিক করুন, "ফারেনহাইট" নির্বাচন করুন এবং "শুরু" ক্লিক করুন। ফলাফল অবিলম্বে প্রদর্শিত হবে.

ইংরেজ (আরো সঠিকভাবে স্কটিশ) পদার্থবিদ উইলিয়াম জে র‌্যাঙ্কিনের সম্মানে নামকরণ করা হয়েছে, যিনি কেলভিনের সমসাময়িক এবং প্রযুক্তিগত তাপগতিবিদ্যার অন্যতম স্রষ্টা ছিলেন। তার স্কেলে তিনটি গুরুত্বপূর্ণ পয়েন্ট রয়েছে: শুরুটি পরম শূন্য, জলের হিমাঙ্ক 491.67 ডিগ্রি র্যাঙ্কাইন এবং জলের স্ফুটনাঙ্ক হল 671.67 ডিগ্রি। র‍্যাঙ্কাইন এবং ফারেনহাইট উভয়ের জন্য জলের জমাট এবং ফুটন্তের মধ্যে বিভাজনের সংখ্যা 180।

এই স্কেলগুলির বেশিরভাগই পদার্থবিদদের দ্বারা একচেটিয়াভাবে ব্যবহৃত হয়। এবং আজ জরিপ করা আমেরিকান উচ্চ বিদ্যালয়ের 40% শিক্ষার্থী বলেছেন যে তারা জানেন না পরম শূন্য তাপমাত্রা কী।

গল্প

"তাপমাত্রা" শব্দটি সেই দিনগুলিতে উদ্ভূত হয়েছিল যখন লোকেরা বিশ্বাস করত যে আরও উত্তপ্ত দেহে একটি বিশেষ পদার্থ - ক্যালোরি - কম উত্তাপের চেয়ে বেশি পরিমাণে থাকে। অতএব, তাপমাত্রাকে শরীরের পদার্থ এবং ক্যালোরির মিশ্রণের শক্তি হিসাবে ধরা হয়েছিল। এই কারণে, অ্যালকোহলযুক্ত পানীয় এবং তাপমাত্রার শক্তির পরিমাপের এককগুলিকে একই বলা হয় - ডিগ্রি।

যেহেতু তাপমাত্রা হল অণুর গতিশক্তি, তাই এটা স্পষ্ট যে এটিকে শক্তি ইউনিটে পরিমাপ করা খুবই স্বাভাবিক (অর্থাৎ জুলে এসআই সিস্টেমে)। যাইহোক, তাপমাত্রা পরিমাপ আণবিক গতি তত্ত্ব তৈরির অনেক আগে শুরু হয়েছিল, তাই ব্যবহারিক স্কেলগুলি প্রচলিত একক - ডিগ্রিতে তাপমাত্রা পরিমাপ করে।

কেলভিন স্কেল

তাপগতিবিদ্যা কেলভিন স্কেল ব্যবহার করে, যেখানে তাপমাত্রা পরম শূন্য থেকে পরিমাপ করা হয় (একটি দেহের ন্যূনতম তাত্ত্বিকভাবে সম্ভাব্য অভ্যন্তরীণ শক্তির সাথে সংশ্লিষ্ট অবস্থা), এবং একটি কেলভিন পরম শূন্য থেকে ট্রিপল বিন্দু পর্যন্ত দূরত্বের 1/273.16 এর সমান। জল (যে অবস্থায় বরফ, জল এবং জলের জোড়া ভারসাম্য বজায় থাকে)। বোল্টজম্যানের ধ্রুবক কেলভিনকে শক্তির এককে রূপান্তর করতে ব্যবহৃত হয়। প্রাপ্ত ইউনিটগুলিও ব্যবহৃত হয়: কিলোকেলভিন, মেগাকেলভিন, মিলিকেলভিন ইত্যাদি।

সেলসিয়াস

দৈনন্দিন জীবনে, সেলসিয়াস স্কেল ব্যবহার করা হয়, যার মধ্যে 0 হল জলের হিমাঙ্ক, এবং 100° হল বায়ুমণ্ডলীয় চাপে জলের স্ফুটনাঙ্ক। যেহেতু পানির হিমাঙ্ক এবং স্ফুটনাঙ্কগুলি সঠিকভাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়নি, সেলসিয়াস স্কেল বর্তমানে কেলভিন স্কেল ব্যবহার করে সংজ্ঞায়িত করা হয়েছে: একটি ডিগ্রি সেলসিয়াস একটি কেলভিনের সমান, পরম শূন্যকে −273.15 °C ধরা হয়। সেলসিয়াস স্কেল কার্যত খুব সুবিধাজনক কারণ আমাদের গ্রহে জল খুব সাধারণ এবং আমাদের জীবন এটির উপর ভিত্তি করে। জিরো সেলসিয়াস হল আবহাওয়াবিদ্যার জন্য একটি বিশেষ বিন্দু, যেহেতু বায়ুমণ্ডলীয় জলের হিমায়ন উল্লেখযোগ্যভাবে সবকিছু পরিবর্তন করে।

ফারেনহাইট

ইংল্যান্ডে এবং বিশেষ করে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে ফারেনহাইট স্কেল ব্যবহার করা হয়। এই স্কেলটি শহরের সবচেয়ে ঠান্ডা শীতের তাপমাত্রা থেকে ব্যবধানকে ভাগ করে যেখানে ফারেনহাইট মানবদেহের তাপমাত্রা 100 ডিগ্রিতে বাস করত। শূন্য ডিগ্রি সেলসিয়াস 32 ডিগ্রি ফারেনহাইট, এবং একটি ডিগ্রি ফারেনহাইট 5/9 ডিগ্রি সেলসিয়াসের সমান।

ফারেনহাইট স্কেলের বর্তমান সংজ্ঞা নিম্নরূপ: এটি একটি তাপমাত্রার স্কেল যেখানে 1 ডিগ্রি (1 °ফা) জলের স্ফুটনাঙ্ক এবং বায়ুমণ্ডলীয় চাপে বরফের গলিত তাপমাত্রার মধ্যে পার্থক্য 1/180তম সমান। বরফের গলনাঙ্ক হল +32 °F। ফারেনহাইট তাপমাত্রা সেলসিয়াস তাপমাত্রার (t °C) সাথে t °C = 5/9 (t °F - 32) অনুপাতের সাথে সম্পর্কিত, অর্থাৎ, 1 °F তাপমাত্রার পরিবর্তন 5/9 ° এর পরিবর্তনের সাথে মিলে যায় গ. 1724 সালে জি. ফারেনহাইট দ্বারা প্রস্তাবিত।

রেউমুর স্কেল

1730 সালে R. A. Reaumur দ্বারা প্রস্তাবিত, যিনি তার উদ্ভাবিত অ্যালকোহল থার্মোমিটার বর্ণনা করেছিলেন।

একক হল ডিগ্রী রেওমুর (°R), 1 °R হল রেফারেন্স পয়েন্টগুলির মধ্যে তাপমাত্রার ব্যবধানের 1/80 সমান - বরফের গলিত তাপমাত্রা (0 °R) এবং জলের স্ফুটনাঙ্ক (80 °R)

1 °R = 1.25 °C।

বর্তমানে, স্কেলটি ব্যবহার করা বন্ধ হয়ে গেছে; এটি লেখকের জন্মভূমি ফ্রান্সে সবচেয়ে বেশি সময় ধরে টিকে ছিল।

প্রধান স্কেলের মধ্যে তাপমাত্রার রূপান্তর
	কেলভিন	সেলসিয়াস	ফারেনহাইট
কেলভিন (কে)		সি + 273.15	= (F + 459.67) / 1.8
সেলসিয়াস (°সে)	K − 273.15		= (F − 32) / 1.8
ফারেনহাইট (°ফা)	K 1.8 − 459.67	গ 1.8 + 32

তাপমাত্রা স্কেল তুলনা

বর্ণনা	কেলভিন	সেলসিয়াস	ফারেনহাইট	নিউটন	রিওমুর
পরম শূন্য		−273.15	−459.67	−90.14	−218.52
ফারেনহাইটের মিশ্রণের গলে যাওয়া তাপমাত্রা (সমান পরিমাণে লবণ এবং বরফ)	255.37	−17.78		−5.87	−14.22
পানির হিমাঙ্ক (স্বাভাবিক অবস্থা)	273.15
মানুষের শরীরের গড় তাপমাত্রা ¹	310.0	36.8	98.2	12.21	29.6
পানির স্ফুটনাঙ্ক (স্বাভাবিক অবস্থা)	373.15
সৌর পৃষ্ঠের তাপমাত্রা	5800	5526	9980	1823	4421

¹ মানুষের শরীরের স্বাভাবিক তাপমাত্রা হল 36.6 °C ±0.7 °C, বা 98.2 °F ±1.3 °F। সাধারণত উদ্ধৃত মান 98.6 °F হল 19 শতকের জার্মান মান 37 °C এর ফারেনহাইটে একটি সঠিক রূপান্তর। যেহেতু এই মানটি আধুনিক ধারণা অনুসারে স্বাভাবিক তাপমাত্রার সীমার মধ্যে নয়, তাই আমরা বলতে পারি যে এতে অত্যধিক (ভুল) নির্ভুলতা রয়েছে। এই টেবিলের কিছু মান বৃত্তাকার করা হয়েছে।

ফারেনহাইট এবং সেলসিয়াস স্কেলের তুলনা

(o এফ- ফারেনহাইট স্কেল, oC- সেলসিয়াস স্কেল)

oচ	oগ		oচ	oগ		oচ	oগ		oচ	oগ
459.67 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -190 -180 -170 -160 -150 -140 -130 -120 -110 -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 -65	273.15 -267.8 -240.0 -212.2 -184.4 -156.7 -128.9 -123.3 -117.8 -112.2 -106.7 -101.1 -95.6 -90.0 -84.4 -78.9 -73.3 -70.6 -67.8 -65.0 -62.2 -59.4 -56.7 -53.9		60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5	51.1 -48.3 -45.6 -42.8 -40.0 -37.2 -34.4 -31.7 -28.9 -28.3 -27.8 -27.2 -26.7 -26.1 -25.6 -25.0 -24.4 -23.9 -23.3 -22.8 -22.2 -21.7 -21.1 -20.6		4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19	20.0 -19.4 -18.9 -18.3 -17.8 -17.2 -16.7 -16.1 -15.6 -15.0 -14.4 -13.9 -13.3 -12.8 -12.2 -11.7 -11.1 -10.6 -10.0 -9.4 -8.9 -8.3 -7.8 -7.2		20 21 22 23 24 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 125 150 200	6.7 -6.1 -5.6 -5.0 -4.4 -3.9 -1.1 1.7 4.4 7.2 10.0 12.8 15.6 18.3 21.1 23.9 26.7 29.4 32.2 35.0 37.8 51.7 65.6 93.3

ডিগ্রি সেলসিয়াস কে কেলভিনে রূপান্তর করতে, আপনাকে অবশ্যই সূত্রটি ব্যবহার করতে হবে T=t+T 0যেখানে T হল কেলভিনের তাপমাত্রা, t হল ডিগ্রী সেলসিয়াসে তাপমাত্রা, T 0 = 273.15 কেলভিন। এক ডিগ্রি সেলসিয়াসের আকার কেলভিনের সমান।

মহাবিশ্বের সমস্ত বস্তু সহ যেকোন ভৌত দেহের একটি সর্বনিম্ন তাপমাত্রা বা এর সীমা রয়েছে। যেকোন তাপমাত্রা স্কেলের প্রারম্ভিক বিন্দুকে পরম শূন্য তাপমাত্রার মান হিসাবে বিবেচনা করা হয়। কিন্তু এটি শুধুমাত্র তত্ত্বে। পরমাণু এবং অণুগুলির বিশৃঙ্খল আন্দোলন, যা এই সময়ে তাদের শক্তি ছেড়ে দেয়, এখনও অনুশীলনে বন্ধ করা হয়নি।

পরম শূন্য তাপমাত্রায় পৌঁছতে না পারার এটাই প্রধান কারণ। এই প্রক্রিয়ার পরিণতি নিয়ে এখনও বিতর্ক রয়েছে। তাপগতিবিদ্যার দৃষ্টিকোণ থেকে, এই সীমাটি অপ্রাপ্য, যেহেতু পরমাণু এবং অণুর তাপীয় চলাচল সম্পূর্ণভাবে বন্ধ হয়ে যায় এবং একটি স্ফটিক জালি তৈরি হয়।

কোয়ান্টাম পদার্থবিজ্ঞানের প্রতিনিধিরা পরম শূন্য তাপমাত্রায় ন্যূনতম শূন্য দোলনের উপস্থিতি কল্পনা করেন।

পরম শূন্য তাপমাত্রার মান কী এবং কেন এটি অর্জন করা যায় না

ওজন এবং পরিমাপের সাধারণ সম্মেলনে, তাপমাত্রা সূচক নির্ধারণকারী যন্ত্রগুলি পরিমাপের জন্য প্রথমবারের মতো একটি রেফারেন্স বা রেফারেন্স পয়েন্ট প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল।

বর্তমানে, ইন্টারন্যাশনাল সিস্টেম অফ ইউনিটে, সেলসিয়াস স্কেলের রেফারেন্স পয়েন্ট হল হিমাঙ্কের জন্য 0°C এবং ফুটানোর জন্য 100°C, পরম শূন্য তাপমাত্রার মান −273.15°C এর সমান।

একই ইন্টারন্যাশনাল সিস্টেম অফ ইউনিট অনুযায়ী কেলভিন স্কেলে তাপমাত্রার মান ব্যবহার করে, 99.975 ° C এর রেফারেন্স মানতে জল ফুটানো হবে, পরম শূন্য 0 এর সমান। ফারেনহাইট স্কেলে সূচকটি -459.67 ডিগ্রির সাথে মিলে যায় .

কিন্তু, যদি এই তথ্যগুলি পাওয়া যায়, তাহলে অনুশীলনে নিখুঁত শূন্য তাপমাত্রা অর্জন করা কেন অসম্ভব? তুলনা করার জন্য, আমরা আলোর সুপরিচিত গতি নিতে পারি, যা 1,079,252,848.8 km/h এর ধ্রুবক ভৌত মানের সমান।

যাইহোক, এই মান অনুশীলনে অর্জন করা যাবে না। এটি ট্রান্সমিশন তরঙ্গদৈর্ঘ্য, শর্ত এবং কণা দ্বারা প্রচুর পরিমাণে শক্তির প্রয়োজনীয় শোষণের উপর নির্ভর করে। পরম শূন্য তাপমাত্রার মান পেতে, শক্তির একটি বৃহৎ আউটপুট প্রয়োজন এবং পরমাণু এবং অণুতে প্রবেশ করতে বাধা দেওয়ার জন্য এর উত্সের অনুপস্থিতি প্রয়োজন।

কিন্তু সম্পূর্ণ ভ্যাকুয়ামের অবস্থার মধ্যেও বিজ্ঞানীরা আলোর গতি বা পরম শূন্য তাপমাত্রা অর্জন করতে পারেননি।

কেন আনুমানিক শূন্য তাপমাত্রায় পৌঁছানো সম্ভব, কিন্তু পরম শূন্য নয়?

বিজ্ঞান যখন পরম শূন্যের অত্যন্ত নিম্ন তাপমাত্রা অর্জনের কাছাকাছি আসতে পারে তখন কী ঘটবে তা শুধুমাত্র তাপগতিবিদ্যা এবং কোয়ান্টাম পদার্থবিদ্যার তত্ত্বেই থেকে যায়। কী কারণে পরম শূন্য তাপমাত্রা অনুশীলনে অর্জন করা যায় না?

সর্বাধিক শক্তি হ্রাসের কারণে একটি পদার্থকে সর্বনিম্ন সীমাতে শীতল করার সমস্ত পরিচিত প্রচেষ্টা এই সত্যের দিকে পরিচালিত করে যে পদার্থের তাপ ক্ষমতাও সর্বনিম্ন মান পৌঁছেছিল। অণুগুলি আর অবশিষ্ট শক্তি ছেড়ে দিতে সক্ষম ছিল না। ফলস্বরূপ, শীতল প্রক্রিয়াটি পরম শূন্যে পৌঁছানো ছাড়াই বন্ধ হয়ে যায়।

পরম শূন্য তাপমাত্রার কাছাকাছি অবস্থার অধীনে ধাতুগুলির আচরণ অধ্যয়ন করার সময়, বিজ্ঞানীরা দেখতে পান যে তাপমাত্রার সর্বাধিক হ্রাস প্রতিরোধের ক্ষতিকে উস্কে দেয়।

কিন্তু পরমাণু এবং অণুর গতিবিধি বন্ধ হওয়ার ফলে কেবল একটি স্ফটিক জালি তৈরি হয়েছিল, যার মাধ্যমে ক্ষণস্থায়ী ইলেকট্রনগুলি তাদের শক্তির একটি অংশ স্থির পরমাণুতে স্থানান্তরিত করে। আবার, পরম শূন্যে পৌঁছানো সম্ভব ছিল না।

2003 সালে, তাপমাত্রা ছিল পরম শূন্য থেকে 1°C কম মাত্র অর্ধ বিলিয়নতম। NASA গবেষকরা পরীক্ষা চালানোর জন্য একটি Na অণু ব্যবহার করেছিলেন, যা সর্বদা একটি চৌম্বক ক্ষেত্রে ছিল এবং তার শক্তি ছেড়ে দিয়েছে।

নিকটতম কৃতিত্ব ইয়েল ইউনিভার্সিটির বিজ্ঞানীদের দ্বারা অর্জিত হয়েছিল, যারা 2014 সালে 0.0025 কেলভিনের পরিসংখ্যান অর্জন করেছিল। ফলস্বরূপ যৌগ, স্ট্রন্টিয়াম মনোফ্লোরাইড (SrF), মাত্র 2.5 সেকেন্ড স্থায়ী হয়েছিল। এবং শেষ পর্যন্ত এটি এখনও পরমাণুতে বিভক্ত।

পরম শূন্য (সাধারণত শূন্য) কি? এই তাপমাত্রা কি আসলেই মহাবিশ্বের কোথাও আছে? আমরা কি বাস্তব জীবনে পরম শূন্য কিছু ঠান্ডা করতে পারি? আপনি যদি ভাবছেন যে ঠান্ডা তরঙ্গকে পরাস্ত করা সম্ভব কি না, আসুন ঠান্ডা তাপমাত্রার সবচেয়ে দূরবর্তী সীমাগুলি অন্বেষণ করি...

এমনকি আপনি একজন পদার্থবিদ না হলেও, আপনি সম্ভবত তাপমাত্রার ধারণার সাথে পরিচিত। তাপমাত্রা হল একটি উপাদানের অভ্যন্তরীণ এলোমেলো শক্তির পরিমাণের পরিমাপ। "অভ্যন্তরীণ" শব্দটি খুবই গুরুত্বপূর্ণ। একটি স্নোবল নিক্ষেপ করুন, এবং যদিও মূল আন্দোলনটি বেশ দ্রুত হবে, তবে স্নোবলটি বেশ ঠান্ডা থাকবে। অন্যদিকে, আপনি যদি একটি ঘরের চারপাশে উড়ন্ত বাতাসের অণুগুলি দেখেন, একটি সাধারণ অক্সিজেন অণু ঘণ্টায় হাজার হাজার কিলোমিটার বেগে ভাজছে।

প্রযুক্তিগত বিবরণের ক্ষেত্রে আমরা সাধারণত নীরব থাকি, তাই শুধু বিশেষজ্ঞদের জন্য, আমরা উল্লেখ করব যে তাপমাত্রা আমরা যা বলেছি তার চেয়ে একটু বেশি জটিল। তাপমাত্রার সত্যিকারের সংজ্ঞার মধ্যে রয়েছে এনট্রপির প্রতিটি ইউনিটের জন্য আপনার কত শক্তি ব্যয় করতে হবে (ব্যাধি, যদি আপনি একটি পরিষ্কার শব্দ চান)। তবে আসুন সূক্ষ্মতাগুলি এড়িয়ে যাই এবং কেবলমাত্র এই বিষয়টিতে ফোকাস করি যে বরফের এলোমেলো বায়ু বা জলের অণুগুলি তাপমাত্রা হ্রাসের সাথে সাথে ধীর এবং ধীর গতিতে নড়াচড়া করবে বা কম্পন করবে।

পরম শূন্য হল -273.15 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রা, -459.67 ফারেনহাইট এবং সহজভাবে 0 কেলভিন। এটি সেই বিন্দু যেখানে তাপ চলাচল সম্পূর্ণভাবে বন্ধ হয়ে যায়।

সবকিছু কি থেমে যায়?

ইস্যুটির শাস্ত্রীয় বিবেচনায়, সবকিছুই পরম শূন্যে থেমে যায়, কিন্তু এই মুহুর্তে কোয়ান্টাম মেকানিক্সের ভয়ানক চেহারাটি কোণ থেকে উঁকি দেয়। কোয়ান্টাম মেকানিক্সের একটি ভবিষ্যদ্বাণী যেটি কয়েকজন পদার্থবিজ্ঞানীর রক্ত নষ্ট করেছে তা হল আপনি কখনই নিখুঁত নিশ্চিততার সাথে একটি কণার সঠিক অবস্থান বা ভরবেগ পরিমাপ করতে পারবেন না। এটি হাইজেনবার্গ অনিশ্চয়তা নীতি হিসাবে পরিচিত।

আপনি যদি একটি সিল করা ঘরকে পরম শূন্যে ঠান্ডা করতে পারেন তবে অদ্ভুত জিনিসগুলি ঘটবে (পরে আরও বেশি)। বায়ুর চাপ প্রায় শূন্যে নেমে যাবে এবং যেহেতু বায়ুর চাপ সাধারণত মহাকর্ষের বিরোধিতা করে, তাই বায়ু মেঝেতে একটি খুব পাতলা স্তরে ভেঙে পড়বে।

কিন্তু তবুও, আপনি যদি পৃথক অণুগুলি পরিমাপ করতে পারেন তবে আপনি আকর্ষণীয় কিছু খুঁজে পাবেন: তারা কম্পন করে এবং স্পিন করে, কর্মক্ষেত্রে কিছুটা কোয়ান্টাম অনিশ্চয়তা। আই এর বিন্দুতে, আপনি যদি পরম শূন্যে কার্বন ডাই অক্সাইড অণুর ঘূর্ণন পরিমাপ করেন, আপনি দেখতে পাবেন যে অক্সিজেন পরমাণুগুলি প্রতি ঘন্টায় কয়েক কিলোমিটার বেগে কার্বনের চারপাশে উড়ে যায় - আপনি যা ভেবেছিলেন তার চেয়ে অনেক দ্রুত।

কথোপকথন শেষ পর্যায়ে পৌঁছেছে। যখন আমরা কোয়ান্টাম জগতের কথা বলি, আন্দোলন তার অর্থ হারায়। এই স্কেলগুলিতে, সবকিছুই অনিশ্চয়তা দ্বারা সংজ্ঞায়িত করা হয়, তাই এটি এমন নয় যে কণাগুলি স্থির, এটি ঠিক যে আপনি কখনই তাদের পরিমাপ করতে পারবেন না যেন তারা স্থির।

আপনি কত নিচে যেতে পারেন?

পরম শূন্যের সাধনা মূলত আলোর গতির সাধনার মতো একই সমস্যার সম্মুখীন হয়। আলোর গতিতে পৌঁছানোর জন্য অসীম পরিমাণ শক্তির প্রয়োজন এবং পরম শূন্যে পৌঁছানোর জন্য অসীম পরিমাণ তাপের নিষ্কাশন প্রয়োজন। এই দুটি প্রক্রিয়াই অসম্ভব, যদি কিছু হয়।

আমরা এখনও পরম শূন্যের প্রকৃত অবস্থা অর্জন করতে পারিনি তা সত্ত্বেও, আমরা এটির খুব কাছাকাছি (যদিও এই ক্ষেত্রে "খুব" একটি খুব শিথিল ধারণা; একটি নার্সারি রাইমের মতো: দুই, তিন, চার, চার এবং একটি অর্ধেক, একটি স্ট্রিংয়ের চারটি, চুলের প্রস্থে চারটি, পাঁচ)। পৃথিবীতে রেকর্ড করা সবচেয়ে শীতল তাপমাত্রা 1983 সালে অ্যান্টার্কটিকায় রেকর্ড করা হয়েছিল, -89.15 ডিগ্রি সেলসিয়াস (184K)।

অবশ্যই, আপনি যদি শিশুসুলভ উপায়ে শীতল হতে চান তবে আপনাকে স্থানের গভীরতায় ডুব দিতে হবে। মহাবিস্ফোরণ থেকে বিকিরণের অবশিষ্টাংশে সমগ্র মহাবিশ্ব স্নান করা হয়েছে, মহাকাশের খালি অঞ্চলে - 2.73 ডিগ্রি কেলভিন, যা এক শতাব্দী আগে পৃথিবীতে আমরা যে তরল হিলিয়ামের তাপমাত্রা অর্জন করতে পেরেছিলাম তার চেয়ে সামান্য ঠান্ডা।

কিন্তু কম-তাপমাত্রার পদার্থবিদরা প্রযুক্তিকে সম্পূর্ণ নতুন স্তরে নিয়ে যেতে হিমায়িত রশ্মি ব্যবহার করছেন। আপনি জেনে অবাক হতে পারেন যে হিমায়িত রশ্মি লেজারের রূপ নেয়। কিন্তু কিভাবে? লেজার পোড়া অনুমিত হয়.

সবকিছুই সত্য, কিন্তু লেজারগুলির একটি বৈশিষ্ট্য রয়েছে - কেউ এমনকি বলতে পারে, চূড়ান্ত: সমস্ত আলো এক ফ্রিকোয়েন্সিতে নির্গত হয়। সাধারণ নিরপেক্ষ পরমাণুগুলি আলোর সাথে মোটেও যোগাযোগ করে না যদি না ফ্রিকোয়েন্সিটি সুনির্দিষ্টভাবে সুর করা হয়। যদি পরমাণু উৎসে উড়ে যায়

আলো, আলো একটি ডপলার শিফট গ্রহণ করে এবং উচ্চতর ফ্রিকোয়েন্সিতে যায়। পরমাণু তার চেয়ে কম ফোটন শক্তি শোষণ করে। তাই আপনি যদি লেজারের নিচে টিউন করেন, দ্রুত গতিশীল পরমাণু আলো শোষণ করবে এবং একটি এলোমেলো দিকে ফোটন নির্গত করে, তারা গড়ে সামান্য শক্তি হারাবে। আপনি যদি প্রক্রিয়াটি পুনরাবৃত্তি করেন, আপনি গ্যাসটিকে এক ন্যানোকেলভিনের কম তাপমাত্রায়, এক ডিগ্রির এক বিলিয়ন ভাগে ঠান্ডা করতে পারেন।

সবকিছু একটি আরো চরম স্বন উপর লাগে. সর্বনিম্ন তাপমাত্রার বিশ্ব রেকর্ড হল পরম শূন্যের উপরে এক বিলিয়ন ডিগ্রির এক দশমাংশেরও কম। চৌম্বক ক্ষেত্রের এই ফাঁদ পরমাণু অর্জন যে ডিভাইস. "তাপমাত্রা" পরমাণুর নিজের উপর এতটা নির্ভর করে না, কিন্তু পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের ঘূর্ণনের উপর।

এখন, ন্যায়বিচার পুনরুদ্ধার করতে, আমাদের একটু সৃজনশীল হতে হবে। যখন আমরা সাধারণত একটি ডিগ্রির এক বিলিয়ন ভাগে হিমায়িত কিছু কল্পনা করি, তখন আপনি সম্ভবত এমন একটি ছবি পাবেন যেখানে বাতাসের অণুগুলি জমাটবদ্ধ হয়ে আছে। এমনকি কেউ একটি ধ্বংসাত্মক অ্যাপোক্যালিপটিক ডিভাইস কল্পনা করতে পারে যা পরমাণুর পিঠকে হিমায়িত করে।

শেষ পর্যন্ত, আপনি যদি সত্যিই কম তাপমাত্রা অনুভব করতে চান তবে আপনাকে যা করতে হবে তা হল অপেক্ষা। প্রায় 17 বিলিয়ন বছর পরে, মহাবিশ্বের পটভূমি বিকিরণ 1K-এ শীতল হবে। 95 বিলিয়ন বছরে তাপমাত্রা প্রায় 0.01K হবে। 400 বিলিয়ন বছরে, গভীর স্থান পৃথিবীর সবচেয়ে ঠান্ডা পরীক্ষার মতো ঠান্ডা হবে এবং তার পরেও ঠান্ডা হবে।

আপনি যদি ভাবছেন কেন মহাবিশ্ব এত দ্রুত শীতল হচ্ছে, আমাদের পুরানো বন্ধুদের ধন্যবাদ: এনট্রপি এবং অন্ধকার শক্তি। মহাবিশ্ব ত্বরণ মোডে রয়েছে, সূচকীয় বৃদ্ধির একটি সময়কাল প্রবেশ করছে যা চিরকাল অব্যাহত থাকবে। জিনিসগুলি খুব দ্রুত জমে যাবে।

আমরা কি যত্ন করি?

এই সব, অবশ্যই, বিস্ময়কর, এবং ভাঙ্গা রেকর্ড এছাড়াও চমৎকার. কিন্তু বিন্দু কি? ঠিক আছে, কম তাপমাত্রা বোঝার জন্য প্রচুর ভাল কারণ রয়েছে, এবং শুধুমাত্র বিজয়ী হিসাবে নয়।

উদাহরণস্বরূপ, NIST-এর ভাল লোকেরা একটি দুর্দান্ত ঘড়ি তৈরি করতে চায়। সময়ের মানগুলি সিজিয়াম পরমাণুর ফ্রিকোয়েন্সির মতো জিনিসগুলির উপর ভিত্তি করে। যদি সিজিয়াম পরমাণু খুব বেশি নড়াচড়া করে, তবে এটি পরিমাপের অনিশ্চয়তা তৈরি করে, যা শেষ পর্যন্ত ঘড়ির ত্রুটির কারণ হবে।

কিন্তু আরো গুরুত্বপূর্ণ, বিশেষ করে একটি বৈজ্ঞানিক দৃষ্টিকোণ থেকে, উপকরণ অত্যন্ত নিম্ন তাপমাত্রায় পাগল আচরণ করে। উদাহরণস্বরূপ, যেমন একটি লেজার ফোটন দিয়ে তৈরি হয় যা একে অপরের সাথে সিঙ্ক্রোনাইজ করা হয় - একই ফ্রিকোয়েন্সি এবং ফেজে - তাই বোস-আইনস্টাইন কনডেনসেট নামে পরিচিত একটি উপাদান তৈরি করা যেতে পারে। এটিতে, সমস্ত পরমাণু একই অবস্থায় রয়েছে। অথবা একটি অ্যামালগাম কল্পনা করুন যেখানে প্রতিটি পরমাণু তার স্বতন্ত্রতা হারায় এবং সমগ্র ভর একটি নাল-সুপার-পরমাণু হিসাবে বিক্রিয়া করে।

খুব কম তাপমাত্রায়, অনেক পদার্থ সুপারফ্লুয়েড হয়ে যায়, যার মানে তাদের কোনো সান্দ্রতা থাকতে পারে না, অতি-পাতলা স্তরে স্তূপাকার হয়ে যেতে পারে এবং এমনকি ন্যূনতম শক্তি অর্জনের জন্য মাধ্যাকর্ষণকে অস্বীকার করতে পারে। এছাড়াও, কম তাপমাত্রায়, অনেক পদার্থ সুপারকন্ডাক্টিং হয়ে যায়, যার অর্থ কোন বৈদ্যুতিক প্রতিরোধ নেই।

সুপারকন্ডাক্টরগুলি বাহ্যিক চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের প্রতি এমনভাবে প্রতিক্রিয়া জানাতে সক্ষম হয় যাতে ধাতুর অভ্যন্তরে তাদের সম্পূর্ণরূপে বাতিল করা যায়। ফলস্বরূপ, আপনি ঠান্ডা তাপমাত্রা এবং একটি চুম্বককে একত্রিত করতে পারেন এবং লেভিটেশনের মতো কিছু পেতে পারেন।

কেন পরম শূন্য আছে, কিন্তু কোন পরম সর্বোচ্চ নেই?

এর অন্য চরম তাকান. যদি তাপমাত্রা কেবলমাত্র শক্তির পরিমাপ হয়, তবে আমরা কেবল কল্পনা করতে পারি পরমাণুগুলি আলোর গতির কাছাকাছি এবং কাছাকাছি হচ্ছে। এটা চিরকাল চলতে পারে না, তাই না?

সংক্ষিপ্ত উত্তর হল: আমরা জানি না। এটা সম্ভব যে আক্ষরিক অর্থে অসীম তাপমাত্রার মতো একটি জিনিস আছে, কিন্তু যদি একটি পরম সীমা থাকে, তবে তরুণ মহাবিশ্ব এটি কী তা সম্পর্কে কিছু চমত্কার আকর্ষণীয় সূত্র সরবরাহ করে। এখনও পর্যন্ত জানা সর্বোচ্চ তাপমাত্রা (অন্তত আমাদের মহাবিশ্বে) সম্ভবত প্ল্যাঙ্কের সময় হিসাবে পরিচিত সময়ে ঘটেছে।

বিগ ব্যাং-এর 10^-43 সেকেন্ড পরের একটি মুহূর্ত যখন কোয়ান্টাম মেকানিক্স এবং পদার্থবিদ্যা থেকে মাধ্যাকর্ষণ আলাদা হয়ে গেছে ঠিক এখন যা আছে। তখনকার তাপমাত্রা ছিল আনুমানিক 10^32 K. এটি আমাদের সূর্যের অভ্যন্তরের তুলনায় সেপ্টিলিয়ন গুণ বেশি গরম।

আবার, আমরা মোটেও নিশ্চিত নই যে এটি হতে পারে সবচেয়ে উষ্ণ তাপমাত্রা কিনা। যেহেতু আমাদের কাছে প্ল্যাঙ্কের সময়ে মহাবিশ্বের একটি বড় মডেলও ছিল না, তাই আমরা নিশ্চিত নই যে মহাবিশ্ব এমন অবস্থায় ফুটেছে। যাই হোক না কেন, আমরা পরম তাপের চেয়ে অনেক গুণ পরম শূন্যের কাছাকাছি।

যে সীমিত তাপমাত্রায় একটি আদর্শ গ্যাসের আয়তন শূন্যের সমান হয় তাকে ধরা হয় পরম শূন্য তাপমাত্রা।

সেলসিয়াস স্কেলে পরম শূন্যের মান বের করা যাক।
ভলিউম সমান করা ভিসূত্রে (3.1) শূন্য এবং এটি বিবেচনায় নেওয়া

তাই পরম শূন্য তাপমাত্রা

t= –273 °সে. 2

এটি প্রকৃতির চরম, সর্বনিম্ন তাপমাত্রা, যে "সর্বশ্রেষ্ঠ বা শেষ ডিগ্রি ঠান্ডা", যার অস্তিত্ব লোমোনোসভ ভবিষ্যদ্বাণী করেছিলেন।

থার্মোনিউক্লিয়ার বোমার বিস্ফোরণের সময় পৃথিবীর সর্বোচ্চ তাপমাত্রা - লক্ষ লক্ষ ডিগ্রি - পাওয়া যায়। এমনকি উচ্চ তাপমাত্রা কিছু নক্ষত্রের অভ্যন্তরীণ অঞ্চলের জন্য সাধারণ।

2 পরম শূন্যের আরও সঠিক মান: –273.15 °C।

কেলভিন স্কেল

প্রবর্তন করেন ইংরেজ বিজ্ঞানী ডব্লিউ কেলভিন পরম স্কেলতাপমাত্রা কেলভিন স্কেলে শূন্য তাপমাত্রা পরম শূন্যের সাথে মিলে যায় এবং এই স্কেলে তাপমাত্রার একক সেলসিয়াস স্কেলে একটি ডিগ্রির সমান, তাই পরম তাপমাত্রা টিসূত্র দ্বারা সেলসিয়াস স্কেলে তাপমাত্রার সাথে সম্পর্কিত

T = t + 273. (3.2)

চিত্রে। 3.2 তুলনা করার জন্য পরম স্কেল এবং সেলসিয়াস স্কেল দেখায়।

পরম তাপমাত্রার SI একক বলা হয় কেলভিন(কে হিসাবে সংক্ষেপিত)। অতএব, সেলসিয়াস স্কেলে এক ডিগ্রি কেলভিন স্কেলে এক ডিগ্রির সমান:

সুতরাং, সূত্র (3.2) দ্বারা প্রদত্ত সংজ্ঞা অনুসারে পরম তাপমাত্রা হল একটি প্রাপ্ত পরিমাণ যা সেলসিয়াস তাপমাত্রা এবং a-এর পরীক্ষামূলকভাবে নির্ধারিত মানের উপর নির্ভর করে।

পাঠক:পরম তাপমাত্রার শারীরিক অর্থ কী?

আকারে এক্সপ্রেশন (3.1) লিখি

বিবেচনা করলে কেলভিন স্কেলে তাপমাত্রা সেলসিয়াস স্কেলে তাপমাত্রার সাথে সম্পর্ক দ্বারা সম্পর্কিত T = t + 273, আমরা পেতে

যেখানে টি 0 = 273 K, বা

যেহেতু এই সম্পর্কটি নির্বিচারে তাপমাত্রার জন্য বৈধ টি, তাহলে গে-লুসাকের আইন নিম্নরূপ প্রণয়ন করা যেতে পারে:

p = const এ গ্যাসের প্রদত্ত ভরের জন্য নিম্নলিখিত সম্পর্ক ধারণ করে:

টাস্ক 3.1.তাপমাত্রায় টি 1 = 300 K গ্যাসের আয়তন ভি 1 = 5.0 লি. একই চাপ এবং তাপমাত্রায় গ্যাসের আয়তন নির্ণয় কর টি= 400 কে.

থামো! নিজের জন্য সিদ্ধান্ত নিন: A1, B6, C2।

সমস্যা 3.2।আইসোবারিক গরম করার সময়, বাতাসের পরিমাণ 1% বৃদ্ধি পায়। পরম তাপমাত্রা কত শতাংশ বৃদ্ধি পেয়েছে?

= 0,01.

উত্তর: 1 %.

এর ফলে সূত্র মনে রাখা যাক

থামো! নিজের জন্য সিদ্ধান্ত নিন: A2, A3, B1, B5।

চার্লস আইন

ফরাসি বিজ্ঞানী চার্লস পরীক্ষামূলকভাবে প্রতিষ্ঠা করেছিলেন যে যদি একটি গ্যাসকে উত্তপ্ত করা হয় যাতে তার আয়তন স্থির থাকে তবে গ্যাসের চাপ বৃদ্ধি পাবে। তাপমাত্রার উপর চাপের নির্ভরতার ফর্ম রয়েছে:

r(t) = পি 0 (1 + খ t), (3.6)

যেখানে r(t) - তাপমাত্রায় চাপ t°সে; r 0 - 0 ডিগ্রি সেলসিয়াসে চাপ; b হল চাপের তাপমাত্রা সহগ, যা সমস্ত গ্যাসের জন্য একই: 1/K।

পাঠক:আশ্চর্যজনকভাবে, b চাপের তাপমাত্রা সহগ ভলিউমেট্রিক প্রসারণ a-এর তাপমাত্রা সহগের সমান!

আসুন আয়তন সহ একটি নির্দিষ্ট ভরের গ্যাস নিই ভিতাপমাত্রায় 0 টি 0 এবং চাপ r 0 প্রথমবারের জন্য, গ্যাসের চাপ ধ্রুবক বজায় রেখে, আমরা এটিকে একটি তাপমাত্রায় গরম করি টি 1. তাহলে গ্যাসের আয়তন থাকবে ভি 1 = ভি 0 (1 + ক t) এবং চাপ r 0 .

দ্বিতীয়বার, ধ্রুবক গ্যাসের ভলিউম বজায় রেখে, আমরা এটিকে একই তাপমাত্রায় গরম করি টি 1. তাহলে গ্যাসের চাপ থাকবে r 1 = r 0 (1 + খ t) এবং ভলিউম ভি 0 .

যেহেতু উভয় ক্ষেত্রেই গ্যাসের তাপমাত্রা একই, তাই বয়েল-মেরিওট আইনটি বৈধ:

পি 0 ভি 1 = পি 1 ভি 0 Þ r 0 ভি 0 (1 + ক t) = r 0 (1 + খ t)ভি 0 Þ

Þ 1 + ক t = 1 + খ tÞa = খ.

তাই অবাক হওয়ার কিছু নেই যে a = b, না!

আকারে চার্লসের আইনটি আবার লিখি