"Harorat" atamasi fiziklar issiq jismlar bir xil jismlarga qaraganda ko'proq ma'lum bir moddadan - kaloriyadan iborat deb o'ylagan paytda paydo bo'ldi, lekin sovuq. Va harorat tanadagi kaloriya miqdoriga mos keladigan qiymat sifatida talqin qilindi. O'shandan beri har qanday jismning harorati darajalarda o'lchanadi. Ammo, aslida, bu harakatlanuvchi molekulalarning kinetik energiyasining o'lchovidir va bunga asoslanib, uni C birliklar tizimiga muvofiq Joulda o'lchash kerak.
"Mutlaq nol harorat" tushunchasi termodinamikaning ikkinchi qonunidan kelib chiqadi. Unga ko'ra, issiqlikni sovuq jismdan issiqqa o'tkazish jarayoni mumkin emas. Bu tushunchani ingliz fizigi V.Tomson kiritgan. Fizikadagi yutuqlari uchun unga "Lord" zodagonlik unvoni va "Baron Kelvin" unvoni berildi. 1848 yilda V. Tomson (Kelvin) harorat shkalasidan foydalanishni taklif qildi, unda u haddan tashqari sovuqqa mos keladigan mutlaq nol haroratni boshlang'ich nuqta sifatida oldi va bo'linish qiymati sifatida Selsiy gradusini oldi. Kelvin birligi suvning uchlik nuqtasi haroratining 1/27316 ga teng (taxminan 0 daraja C), ya'ni. toza suv darhol uchta shaklda mavjud bo'lgan harorat: muz, suyuq suv va bug'. harorat - molekulalarning harakati to'xtaydigan va moddadan issiqlik energiyasini olishning iloji bo'lmagan mumkin bo'lgan eng past past harorat. O'shandan beri mutlaq harorat shkalasi uning nomi bilan atalgan.
Harorat turli shkalalarda o'lchanadi
Eng ko'p ishlatiladigan harorat shkalasi Selsiy shkalasi deb ataladi. U ikki nuqtada qurilgan: suvning suyuqlikdan bug'ga va suvning muzga fazali o'tish harorati. A. Tselsiy 1742 yilda mos yozuvlar nuqtalari orasidagi masofani 100 oraliqga bo'lish va muzlash nuqtasi 100 daraja bilan suvni nol deb olishni taklif qildi. Ammo shved K. Linney buning aksini qilishni taklif qildi. O'shandan beri suv A. Selsiy bo'yicha nol darajada muzlab qoldi. Garchi u Selsiy bo'yicha aniq qaynashi kerak. Mutlaq nol Selsiy minus 273,16 darajaga to'g'ri keladi.
Yana bir nechta harorat shkalasi mavjud: Farengeyt, Reaumur, Rankin, Nyuton, Roemer. Ular har xil bo'linma narxlariga ega. Misol uchun, Reaumur shkalasi ham suvni qaynatish va muzlatishning mos yozuvlar nuqtalarida qurilgan, ammo u 80 ta bo'limga ega. 1724 yilda paydo bo'lgan Farengeyt shkalasi kundalik hayotda faqat dunyoning ba'zi mamlakatlarida, shu jumladan AQShda qo'llaniladi; biri suv muzi va ammiak aralashmasining harorati, ikkinchisi esa inson tanasining harorati. O'lchov yuzta bo'linmaga bo'lingan. Nol Selsiy 32 ga to'g'ri keladi Farangeytga darajalarni o'zgartirish formula yordamida amalga oshirilishi mumkin: F = 1,8 C + 32. Teskari konvertatsiya: C = (F - 32) / 1,8, bu erda: F - Farengeyt darajasi, C - Tselsiy darajasi. Agar siz hisoblash uchun juda dangasa bo'lsangiz, Selsiyni Farengeytga aylantirish uchun onlayn xizmatga o'ting. Qutida Selsiy bo'yicha darajalar sonini kiriting, "Hisoblash" tugmasini bosing, "Farengeyt" ni tanlang va "Boshlash" tugmasini bosing. Natija darhol paydo bo'ladi.
Kelvinning zamondoshi va texnik termodinamika yaratuvchilardan biri bo'lgan ingliz (aniqrog'i shotland) fizigi Uilyam J. Rankin sharafiga nomlangan. Uning shkalasida uchta muhim nuqta bor: boshlanishi mutlaq nol, suvning muzlash nuqtasi Rankine 491,67 daraja va suvning qaynash nuqtasi 671,67 daraja. Renkin va Farengeyt uchun suvning muzlashi va qaynashi o'rtasidagi bo'linishlar soni 180 ni tashkil qiladi.
Ushbu o'lchovlarning aksariyati faqat fiziklar tomonidan qo'llaniladi. Va bugun so'rovda qatnashgan amerikalik o'rta maktab o'quvchilarining 40 foizi mutlaq nol harorat nima ekanligini bilmasligini aytdi.
Hikoya
"Harorat" so'zi o'sha kunlarda paydo bo'lgan, odamlar ko'proq isitiladigan jismlarda kamroq isitiladiganlarga qaraganda ko'proq maxsus modda - kaloriya borligiga ishonishgan. Shuning uchun harorat tana moddasi va kaloriya aralashmasining kuchi sifatida qabul qilindi. Shu sababli, spirtli ichimliklarning kuchi va haroratining o'lchov birliklari bir xil - darajalar deb ataladi.
Harorat molekulalarning kinetik energiyasi bo'lganligi sababli, uni energiya birliklarida (ya'ni, SI tizimida joulda) o'lchash eng tabiiy ekanligi aniq. Biroq, haroratni o'lchash molekulyar kinetik nazariya yaratilishidan ancha oldin boshlangan, shuning uchun amaliy shkalalar haroratni an'anaviy birliklar - darajalarda o'lchaydi.
Kelvin shkalasi
Termodinamikada Kelvin shkalasi qo'llaniladi, unda harorat mutlaq noldan (tananing nazariy jihatdan mumkin bo'lgan minimal ichki energiyasiga mos keladigan holat) o'lchanadi va bir kelvin mutlaq noldan uchlik nuqtasigacha bo'lgan masofaning 1/273,16 ga teng. suv (muz, suv va suv juftlari muvozanatda bo'lgan holat). Boltsman doimiysi kelvinlarni energiya birliklariga aylantirish uchun ishlatiladi. Olingan birliklar ham ishlatiladi: kilokelvin, megakelvin, millikelvin va boshqalar.
Selsiy
Kundalik hayotda Selsiy shkalasi qo'llaniladi, bunda 0 - suvning muzlash nuqtasi, 100 ° - atmosfera bosimida suvning qaynash nuqtasi. Suvning muzlash va qaynash nuqtalari yaxshi aniqlanmaganligi sababli, Tselsiy shkalasi hozirgi vaqtda Kelvin shkalasi yordamida aniqlanadi: Selsiy gradusi kelvinga teng, mutlaq nol -273,15 °C deb qabul qilinadi. Selsiy shkalasi amalda juda qulay, chunki sayyoramizda suv juda keng tarqalgan va bizning hayotimiz unga asoslanadi. Nol Selsiy meteorologiya uchun maxsus nuqtadir, chunki atmosfera suvining muzlashi hamma narsani sezilarli darajada o'zgartiradi.
Farengeyt
Angliyada va ayniqsa AQShda Farengeyt shkalasi qo'llaniladi. Ushbu shkala Farengeyt yashagan shahardagi eng sovuq qishning haroratidan inson tanasining haroratigacha bo'lgan oraliqni 100 darajaga ajratadi. Tselsiy bo'yicha nol daraja Farangeyt 32 daraja, Farengeyt darajasi esa 5/9 daraja Selsiyga teng.
Farengeyt shkalasining joriy ta'rifi quyidagicha: bu harorat shkalasi bo'lib, unda 1 daraja (1 °F) atmosfera bosimida suvning qaynash nuqtasi va muzning erish harorati o'rtasidagi farqning 1/180 qismiga teng va. muzning erish nuqtasi +32 ° F. Farengeyt harorati Selsiy haroratiga (t °C) t °C = 5/9 (t °F - 32) nisbati bilan bog'liq, ya'ni 1 °F haroratning o'zgarishi 5/9 ° o'zgarishiga to'g'ri keladi. C. 1724 yilda G. Farengeyt tomonidan taklif qilingan.
Reaumur shkalasi
1730 yilda R. A. Reaumur tomonidan taklif qilingan, u ixtiro qilgan spirtli termometrni tasvirlab bergan.
Birlik Reaumur darajasi (° R), 1 °R mos yozuvlar nuqtalari - muzning erish harorati (0 ° R) va suvning qaynash nuqtasi (80 ° R) o'rtasidagi harorat oralig'ining 1/80 qismiga teng.
1 ° R = 1,25 ° S.
Hozirgi vaqtda shkala foydalanishdan chiqib ketgan; u eng uzoq vaqt davomida muallifning vatani bo'lgan Frantsiyada saqlanib qolgan.
|
Asosiy shkalalar orasidagi haroratni konvertatsiya qilish |
|||
|
Kelvin |
Selsiy |
Farengeyt |
|
|
Kelvin (K) |
C + 273.15 |
= (F + 459,67) / 1,8 |
|
|
Selsiy (°C) |
K - 273,15 |
= (F - 32) / 1.8 |
|
|
Farengeyt (°F) |
K 1,8 - 459,67 |
C 1.8 + 32 |
|
Harorat shkalalarini solishtirish
|
Tavsif |
Kelvin | Selsiy |
Farengeyt |
Nyuton | Reaumur |
|
Mutlaq nol |
−273.15 |
−459.67 |
−90.14 |
−218.52 |
|
|
Farengeyt aralashmasining erish harorati (teng miqdorda tuz va muz) |
255.37 |
−17.78 |
−5.87 |
−14.22 |
|
| Suvning muzlash nuqtasi (normal sharoitlar) |
273.15 |
||||
|
Inson tanasining o'rtacha harorati ¹ |
310.0 |
36.8 |
98.2 |
12.21 |
29.6 |
|
Suvning qaynash nuqtasi (normal sharoitda) |
373.15 |
||||
| Quyosh yuzasi harorati |
5800 |
5526 |
9980 |
1823 |
4421 |
¹ Oddiy inson tanasi harorati 36,6 °C ±0,7 °C yoki 98,2 °F ±1,3 °F. Odatda ko'rsatilgan 98,6 °F qiymati 19-asr nemis qiymatining Farengeytiga 37 °C bo'lgan aniq konvertatsiyadir. Ushbu qiymat zamonaviy tushunchalarga ko'ra normal harorat oralig'ida bo'lmaganligi sababli, u haddan tashqari (noto'g'ri) aniqlikni o'z ichiga oladi, deb aytishimiz mumkin. Ushbu jadvaldagi ba'zi qiymatlar yaxlitlangan.
Farengeyt va Selsiy shkalalarini solishtirish
(o F- Farengeyt shkalasi, oC- Tselsiy shkalasi)
|
oF |
oC |
oF |
oC |
oF |
oC |
oF |
oC |
|||
|
459.67 |
273.15 |
60 |
51.1 |
4 |
20.0 |
20 |
6.7 |
Selsiy gradusini Kelvinga aylantirish uchun formuladan foydalanishingiz kerak T=t+T 0 Bu erda T - kelvindagi harorat, t - Selsiy gradusidagi harorat, T 0 =273,15 kelvin. Selsiy gradusining kattaligi Kelvinga teng.
Har qanday jismoniy jism, shu jumladan Olamdagi barcha jismlar minimal haroratga yoki uning chegarasiga ega. Har qanday harorat shkalasining boshlang'ich nuqtasi mutlaq nol haroratning qiymati hisoblanadi. Ammo bu faqat nazariy jihatdan. Bu vaqtda o'z energiyasidan voz kechadigan atom va molekulalarning tartibsiz harakati amalda hali to'xtatilmagan.
Bu mutlaq nol haroratga erishib bo'lmaydigan asosiy sababdir. Ushbu jarayonning oqibatlari haqida hali ham bahs-munozaralar mavjud. Termodinamika nuqtai nazaridan, bu chegaraga erishib bo'lmaydi, chunki atomlar va molekulalarning issiqlik harakati butunlay to'xtaydi va kristall panjara hosil bo'ladi.
Kvant fizikasi vakillari absolyut nol haroratlarda minimal nol tebranishlar mavjudligini tasavvur qilishadi.
Mutlaq nol haroratning qiymati nima va nima uchun unga erishib bo'lmaydi
Og'irliklar va o'lchovlar bo'yicha Bosh konferentsiyada harorat ko'rsatkichlarini aniqlaydigan o'lchash asboblari uchun birinchi marta mos yozuvlar yoki mos yozuvlar nuqtasi o'rnatildi.
Hozirgi vaqtda Xalqaro birliklar tizimida Tselsiy shkalasi uchun mos yozuvlar nuqtasi muzlash uchun 0 ° C va qaynatish uchun 100 ° C, mutlaq nol haroratlar qiymati -273,15 ° S ga teng.
Xuddi shu Xalqaro birliklar tizimi bo'yicha Kelvin shkalasidagi harorat qiymatlaridan foydalangan holda, suvning qaynashi 99,975 ° C mos yozuvlar qiymatida sodir bo'ladi, mutlaq nol 0 ga teng. Farengeyt shkalasida ko'rsatkich -459,67 darajaga to'g'ri keladi. .
Ammo, agar bu ma'lumotlar olingan bo'lsa, nega amalda mutlaq nol haroratga erishish mumkin emas? Taqqoslash uchun yorug'likning ma'lum tezligini olishimiz mumkin, bu doimiy jismoniy qiymat 1 079 252 848,8 km / soatga teng.
Biroq, bu qiymatga amalda erishib bo'lmaydi. Bu uzatish to'lqin uzunligiga, sharoitlarga va zarrachalar tomonidan katta miqdordagi energiyaning zarur yutilishiga bog'liq. Mutlaq nol haroratlar qiymatini olish uchun energiyaning katta chiqishi va uning atomlar va molekulalarga kirishiga yo'l qo'ymaslik uchun uning manbalarining yo'qligi talab qilinadi.
Ammo to'liq vakuum sharoitida ham olimlar yorug'lik tezligini ham, mutlaq nol haroratni ham ololmadilar.
Nima uchun taxminan nol haroratga erishish mumkin, lekin mutlaq nolga emas?
Ilm-fan mutlaq nolga teng bo'lgan juda past haroratga erishishga yaqinlashganda nima sodir bo'lishi faqat termodinamika va kvant fizikasi nazariyasida qoladi. Mutlaq nol haroratga amalda erishib bo'lmasligining sababi nimada.
Maksimal energiya yo'qotilishi tufayli moddani eng past chegaraga sovutish uchun barcha ma'lum urinishlar moddaning issiqlik sig'imi ham minimal qiymatga yetganiga olib keldi. Molekulalar qolgan energiyadan voz kechishga qodir emas edi. Natijada, sovutish jarayoni mutlaq nolga erishmasdan to'xtadi.
Mutlaq nol haroratga yaqin sharoitlarda metallarning xatti-harakatlarini o'rganayotganda, olimlar haroratning maksimal pasayishi qarshilikning yo'qolishiga olib kelishi kerakligini aniqladilar.
Ammo atomlar va molekulalar harakatining to'xtashi faqat kristall panjara hosil bo'lishiga olib keldi, bu orqali o'tuvchi elektronlar o'z energiyasining bir qismini statsionar atomlarga o'tkazdilar. Shunga qaramay, mutlaq nolga erishish mumkin emas edi.
2003 yilda harorat mutlaq noldan 1 ° C ning atigi yarim milliarddan biriga kam edi. NASA tadqiqotchilari tajribalar o‘tkazish uchun doimo magnit maydonda bo‘lgan va o‘z energiyasidan voz kechgan Na molekulasidan foydalangan.
Eng yaqin yutuq 2014 yilda 0,0025 Kelvin ko'rsatkichiga erishgan Yel universiteti olimlari tomonidan erishildi. Olingan birikma, stronsiy monoflorid (SrF) atigi 2,5 soniya davom etdi. Va oxir-oqibat u hali ham atomlarga parchalanib ketdi.
Mutlaq nol (odatda nol) nima? Bu harorat haqiqatan ham koinotning biron bir joyida mavjudmi? Haqiqiy hayotda biror narsani mutlaq nolga sovuta olamizmi? Agar siz sovuq to'lqinni engib o'tish mumkinmi, deb qiziqsangiz, keling, sovuq haroratning eng uzoq nuqtalarini o'rganamiz...
Mutlaq nol (odatda nol) nima? Bu harorat haqiqatan ham koinotning biron bir joyida mavjudmi? Haqiqiy hayotda biror narsani mutlaq nolga sovuta olamizmi? Agar siz sovuq to'lqinni engib o'tish mumkinmi, deb qiziqsangiz, keling, sovuq haroratning eng uzoq nuqtalarini o'rganamiz...
Agar siz fizik bo'lmasangiz ham, ehtimol siz harorat tushunchasi bilan tanishsiz. Harorat - bu materialning ichki tasodifiy energiyasi miqdorining o'lchovidir. "Ichki" so'zi juda muhim. Qor to'pini tashlang va asosiy harakat juda tez bo'lishiga qaramay, qor to'pi juda sovuq bo'lib qoladi. Boshqa tomondan, agar siz xona atrofida uchayotgan havo molekulalariga qarasangiz, oddiy kislorod molekulasi soatiga minglab kilometr tezlikda qovuriladi.
Texnik tafsilotlar haqida gap ketganda, biz odatda jim turamiz, shuning uchun faqat mutaxassislar uchun harorat biz aytganimizdan biroz murakkabroq ekanligini ta'kidlaymiz. Haroratning haqiqiy ta'rifi har bir entropiya birligi uchun qancha energiya sarflash kerakligini o'z ichiga oladi (agar siz aniqroq so'zni istasangiz tartibsizlik). Biroq, keling, nozik narsalarni chetlab o'tamiz va faqat muzdagi tasodifiy havo yoki suv molekulalari harorat pasayganda sekinroq va sekinroq harakatlanadi yoki tebranadi.
Mutlaq nol harorat -273,15 daraja Selsiy, -459,67 Farengeyt va oddiygina 0 Kelvin. Bu termal harakat butunlay to'xtaydigan nuqta.
Hammasi to'xtadimi?
Muammoni klassik ko'rib chiqishda hamma narsa mutlaq nolda to'xtaydi, ammo aynan shu daqiqada burchakdan kvant mexanikasining dahshatli yuzi ko'rinadi. Bir nechta fiziklarning qonini buzgan kvant mexanikasining bashoratlaridan biri shundaki, siz hech qachon zarrachaning aniq pozitsiyasini yoki momentumini to'liq aniqlik bilan o'lchay olmaysiz. Bu Heisenberg noaniqlik printsipi sifatida tanilgan.
Agar siz muhrlangan xonani mutlaq nolga sovutib qo'ysangiz, g'alati narsalar sodir bo'lardi (bu haqda keyinroq). Havo bosimi deyarli nolga tushadi va havo bosimi odatda tortishish kuchiga qarshi bo'lganligi sababli, havo polda juda nozik bir qatlamga qulab tushadi.
Ammo shunga qaramay, agar siz alohida molekulalarni o'lchashingiz mumkin bo'lsa, siz qiziqarli narsani topasiz: ular tebranadi va aylanadi, ishda bir oz kvant noaniqligi. i nuqtalarini qo‘yish uchun, agar siz karbonat angidrid molekulalarining aylanishini mutlaq nolda o‘lchasangiz, kislorod atomlari uglerod atrofida soatiga bir necha kilometr tezlikda uchishini ko‘rasiz – bu siz o‘ylagandan ham tezroq.
Suhbat boshi berk ko'chaga yetib boradi. Kvant dunyosi haqida gapirganda, harakat o'z ma'nosini yo'qotadi. Bu masshtablarda hamma narsa noaniqlik bilan belgilanadi, shuning uchun zarrachalar harakatsiz emas, shunchaki ularni hech qachon harakatsiz turgandek o‘lchay olmaysiz.
Qanchalik pastga tushishingiz mumkin?
Mutlaq nolga intilish yorug'lik tezligiga intilish bilan bir xil muammolarga duch keladi. Yorug'lik tezligiga erishish uchun cheksiz energiya talab qilinadi va mutlaq nolga erishish uchun cheksiz miqdordagi issiqlikni olish kerak. Bu ikkala jarayon ham mumkin emas, agar biror narsa bo'lsa.
Haqiqiy mutlaq nolga erishmagan bo'lsak ham, biz bunga juda yaqinmiz (garchi bu holatda "juda" juda bo'sh tushunchadir; bolalar qofiyasi kabi: ikki, uch, to'rt, to'rt va bir yarmi, to'rtta ipda, to'rtta soch kengligida, beshta). Yer yuzida qayd etilgan eng sovuq harorat 1983 yilda Antarktidada qayd etilgan, ya'ni -89,15 daraja Selsiy (184K).
Albatta, agar siz bolalarcha salqinlashni istasangiz, kosmosning chuqurligiga sho'ng'ishingiz kerak. Butun koinot Katta portlashdan radiatsiya qoldiqlari bilan yuviladi, koinotning eng bo'sh hududlarida - 2,73 daraja Kelvin, bu biz bir asr oldin Yerda olishimiz mumkin bo'lgan suyuq geliy haroratidan biroz sovuqroq.
Ammo past haroratli fiziklar texnologiyani butunlay yangi darajaga olib chiqish uchun muzlash nurlaridan foydalanmoqda. Muzlatish nurlari lazer shaklida bo'lishini bilish sizni ajablantirishi mumkin. Lekin qanday qilib? Lazerlar yonishi kerak.
Hammasi to'g'ri, lekin lazerlarning bitta xususiyati bor - hatto aytish mumkinki, yakuniy narsa: barcha yorug'lik bir chastotada chiqariladi. Oddiy neytral atomlar, agar chastota aniq sozlanmagan bo'lsa, yorug'lik bilan umuman o'zaro ta'sir qilmaydi. Agar atom manbaga uchib ketsa
Nur, yorug'lik Doppler siljishini oladi va yuqori chastotaga o'tadi. Atom mumkin bo'lganidan kamroq foton energiyasini yutadi. Shunday qilib, agar siz lazerni pastroq sozlasangiz, tez harakatlanuvchi atomlar yorug'likni o'zlashtiradi va fotonni tasodifiy yo'nalishda chiqarish orqali ular o'rtacha bir oz energiya yo'qotadi. Jarayonni takrorlasangiz, gazni bir nanoKelvindan pastroq haroratgacha sovutishingiz mumkin, ya'ni darajaning milliarddan bir qismi.
Hamma narsa ekstremalroq tus oladi. Eng past harorat bo'yicha jahon rekordi mutlaq noldan bir milliard darajaning o'ndan biridan kamroqdir. Bunga erishadigan qurilmalar atomlarni magnit maydonlarda ushlab turadi. "Harorat" atomlarning o'ziga emas, balki atom yadrolarining spiniga bog'liq.
Endi adolatni tiklash uchun biroz ijodkorlik bilan shug‘ullanishimiz kerak. Biz odatda bir darajaning milliarddan biriga qadar muzlatilgan narsani tasavvur qilsak, ehtimol siz hatto havo molekulalarining ham joyida muzlashi tasvirini olasiz. Hatto atomlarning orqa qismini muzlatib qo'yadigan halokatli apokaliptik qurilmani tasavvur qilish mumkin.
Oxir-oqibat, agar siz haqiqatan ham past haroratni boshdan kechirishni istasangiz, faqat kutishingiz kerak. Taxminan 17 milliard yil o'tgach, koinotdagi fon nurlanishi 1K gacha soviydi. 95 milliard yil ichida harorat taxminan 0,01K ni tashkil qiladi. 400 milliard yil ichida chuqur fazo Yerdagi eng sovuq tajriba kabi sovuq va undan keyin ham sovuqroq bo'ladi.
Agar siz koinot nega tez sovib ketayotganiga qiziqsangiz, eski do'stlarimizga rahmat: entropiya va qorong'u energiya. Koinot tezlashuv rejimida, abadiy davom etadigan eksponensial o'sish davriga kirmoqda. Ishlar juda tez muzlaydi.
Bizga nima qiziq?
Bularning barchasi, albatta, ajoyib va rekordlarni yangilash ham yoqimli. Lekin buning nima keragi bor? Xo'sh, g'olib sifatida emas, balki past haroratni tushunish uchun juda ko'p yaxshi sabablar bor.
Masalan, NISTdagi yaxshi odamlar shunchaki ajoyib soat yasashni xohlashadi. Vaqt standartlari seziy atomining chastotasi kabi narsalarga asoslanadi. Agar seziy atomi juda ko'p harakat qilsa, u o'lchovlarda noaniqlikni keltirib chiqaradi, bu esa oxir-oqibat soatning noto'g'ri ishlashiga olib keladi.
Ammo eng muhimi, ayniqsa ilmiy nuqtai nazardan, materiallar juda past haroratlarda aqldan ozadi. Misol uchun, xuddi lazer bir-biri bilan sinxronlashtirilgan fotonlardan yaratilgani kabi - bir xil chastota va fazada - Bose-Eynshteyn kondensati deb nomlanuvchi material yaratilishi mumkin. Unda barcha atomlar bir xil holatda bo'ladi. Yoki amalgamani tasavvur qiling, unda har bir atom o'zining individualligini yo'qotadi va butun massa bitta null-super atom sifatida reaksiyaga kirishadi.
Juda past haroratlarda ko'plab materiallar o'ta suyuqlikka aylanadi, ya'ni ular umuman yopishqoqlikka ega bo'lmaydilar, ultra yupqa qatlamlarda to'planadi va minimal energiyaga erishish uchun hatto tortishish kuchiga qarshi tura olmaydi. Bundan tashqari, past haroratlarda ko'plab materiallar o'ta o'tkazuvchanlikka aylanadi, ya'ni elektr qarshiligi yo'q.
Supero'tkazuvchilar tashqi magnit maydonlarga ularni metall ichida butunlay bekor qiladigan tarzda javob berishga qodir. Natijada siz sovuq harorat va magnitni birlashtirib, levitatsiya kabi narsalarni olishingiz mumkin.
Nima uchun mutlaq nol bor, lekin mutlaq maksimal emas?
Keling, boshqa ekstremalni ko'rib chiqaylik. Agar harorat shunchaki energiya o'lchovi bo'lsa, biz atomlarning yorug'lik tezligiga tobora yaqinlashayotganini tasavvur qilishimiz mumkin. Bu abadiy davom eta olmaydi, shunday emasmi?
Qisqa javob: biz bilmaymiz. Cheksiz harorat degan narsa tom ma'noda mavjud bo'lishi mumkin, ammo mutlaq chegara mavjud bo'lsa, yosh koinot uning nima ekanligi haqida juda qiziqarli maslahatlar beradi. Ma'lum bo'lgan eng yuqori harorat (hech bo'lmaganda bizning koinotimizda) Plank davrida sodir bo'lgan.
Katta portlashdan 10^-43 soniya o'tgach, kvant mexanikasi va fizikadan ajralgan tortishish hozirgidek bo'ldi. O'sha paytdagi harorat taxminan 10^32 K edi. Bu bizning Quyoshimizning ichki qismidan septillion marta issiqroq.
Shunga qaramay, biz bu eng issiq haroratmi yoki yo'qligini bilmaymiz. Plank davrida bizda koinotning katta modeli yo'qligi sababli, biz koinotning bunday holatga qaynaganiga amin emasmiz. Har holda, biz mutlaq issiqlikdan ko'ra mutlaq nolga ko'p marta yaqinmiz.
Ideal gaz hajmi nolga teng bo'ladigan chegara harorati sifatida qabul qilinadi mutlaq nol harorat.
Selsiy shkalasi bo‘yicha absolyut nol qiymatini topamiz.
Hajmni tenglashtirish V(3.1) formulada nolga teng va buni hisobga olgan holda
.
Demak, mutlaq nol harorat
t= -273 °C. 2
Bu tabiatdagi ekstremal, eng past harorat, bu "sovuqning eng katta yoki oxirgi darajasi", uning mavjudligini Lomonosov bashorat qilgan.
Erdagi eng yuqori haroratlar - yuzlab million darajalar - termoyadro bombalarining portlashi paytida olinadi. Ba'zi yulduzlarning ichki hududlari uchun undan ham yuqori harorat xosdir.
2Mutlaq nolning aniqroq qiymati: –273,15 °C.
Kelvin shkalasi
Ingliz olimi V. Kelvin kiritdi mutlaq masshtab haroratlar Kelvin shkalasi bo'yicha nol harorat mutlaq nolga to'g'ri keladi va bu shkaladagi harorat birligi Tselsiy shkalasi bo'yicha darajaga teng, shuning uchun mutlaq harorat T formula bo'yicha Tselsiy shkalasi bo'yicha harorat bilan bog'liq
T = t + 273. (3.2)
Shaklda. 3.2 mutlaq shkala va taqqoslash uchun Selsiy shkalasini ko'rsatadi.
Mutlaq haroratning SI birligi deyiladi kelvin(qisqartirilgan K deb). Shuning uchun, Selsiy shkalasi bo'yicha bir daraja Kelvin shkalasi bo'yicha bir darajaga teng:
Shunday qilib, mutlaq harorat (3.2) formula bo'yicha berilgan ta'rifga ko'ra, Tselsiy haroratiga va a ning eksperimental aniqlangan qiymatiga bog'liq bo'lgan hosila miqdordir.
O'quvchi: Mutlaq harorat qanday jismoniy ma'noga ega?
(3.1) ifodani shaklda yozamiz
.
Kelvin shkalasidagi harorat Selsiy shkalasidagi harorat bilan bog'liqligini hisobga olsak T = t + 273, biz olamiz
Qayerda T 0 = 273 K yoki
Chunki bu munosabat ixtiyoriy harorat uchun amal qiladi T, keyin Gey-Lyussak qonunini quyidagicha shakllantirish mumkin:
P = const da berilgan gaz massasi uchun quyidagi bog'liqlik amal qiladi:
Vazifa 3.1. Haroratda T 1 = 300 K gaz hajmi V 1 = 5,0 l. Bir xil bosim va haroratda gaz hajmini aniqlang T= 400 K.
STOP! O'zingiz uchun qaror qiling: A1, B6, C2.
Muammo 3.2. Izobarik isitish vaqtida havo hajmi 1% ga oshdi. Absolyut harorat necha foizga oshdi?
= 0,01.
Javob: 1 %.
Olingan formulani eslaylik
STOP! O'zingiz qaror qiling: A2, A3, B1, B5.
Charlz qonuni
Frantsuz olimi Charlz eksperimental tarzda aniqladiki, agar gaz hajmi doimiy bo'lib qoladigan tarzda qizdirilsa, gaz bosimi ortadi. Bosimning haroratga bog'liqligi quyidagi shaklga ega:
r(t) = p 0 (1 + b t), (3.6)
Qayerda r(t) – haroratdagi bosim t°C; r 0 - 0 ° C da bosim; b - bosimning harorat koeffitsienti, barcha gazlar uchun bir xil: 1/K.
O'quvchi: Ajablanarlisi shundaki, b bosimning harorat koeffitsienti a hajmli kengayishning harorat koeffitsientiga to'liq teng!
Hajmi bo'lgan ma'lum bir gaz massasini olaylik V 0 haroratda T 0 va bosim r 0 . Birinchi marta gaz bosimining doimiyligini saqlab, biz uni haroratgacha qizdiramiz T 1. Keyin gaz hajmiga ega bo'ladi V 1 = V 0 (1 + a t) va bosim r 0 .
Ikkinchi marta gaz hajmini doimiy ushlab turamiz, biz uni bir xil haroratga qizdiramiz T 1. Keyin gazning bosimi bo'ladi r 1 = r 0 (1 + b t) va hajm V 0 .
Ikkala holatda ham gaz harorati bir xil bo'lgani uchun Boyl-Mariott qonuni amal qiladi:
p 0 V 1 = p 1 V 0 Þ r 0 V 0 (1 + a t) = r 0 (1 + b t)V 0 Þ
Þ 1 + a t = 1 + b tÞ a = b.
Shuning uchun a = b bo'lishi ajablanarli emas, yo'q!
Keling, Charlz qonunini shaklda qayta yozamiz
.
Shuni hisobga olib T = t°S + 273 °S, T 0 = 273 ° S, biz olamiz
