الإعلان على البوابة

ما هو معنى درجة حرارة الصفر المطلق ؟ درجة حرارة الصفر المطلق هي النقطة التي تتوقف فيها الحركة الجزيئية.

إن المفهوم الفيزيائي لـ "درجة حرارة الصفر المطلق" مهم جدًا بالنسبة للعلم الحديث: فهو يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمفهوم الموصلية الفائقة، والذي أحدث اكتشافه ضجة كبيرة في النصف الثاني من القرن العشرين.

لفهم ما هو الصفر المطلق، يجب عليك الرجوع إلى أعمال علماء الفيزياء المشهورين مثل G. Fahrenheit، A.Celus، J. Gay-Lussac و W. Thomson. لقد لعبوا دورًا رئيسيًا في إنشاء مقاييس درجة الحرارة الرئيسية التي لا تزال مستخدمة حتى اليوم.

أول من اقترح مقياس درجة الحرارة الخاص به كان الفيزيائي الألماني ج.فهرنهايت في عام 1714. وفي الوقت نفسه، تم اعتبار درجة حرارة الخليط، الذي يشمل الثلج والأمونيا، صفرًا مطلقًا، أي أدنى نقطة في هذا المقياس. وكان المؤشر المهم التالي هو الذي أصبح يساوي 1000. وعليه، كان كل قسم من هذا المقياس يسمى "درجة فهرنهايت"، وكان المقياس نفسه يسمى "مقياس فهرنهايت".

وبعد 30 عامًا، اقترح عالم الفلك السويدي أ. سيلسيوس مقياسًا خاصًا لدرجة الحرارة، حيث كانت النقاط الرئيسية هي درجة حرارة ذوبان الجليد والماء. وقد أطلق على هذا المقياس اسم "المقياس المئوي" ولا يزال منتشراً في معظم دول العالم بما فيها روسيا.

في عام 1802، أثناء إجراء تجاربه الشهيرة، اكتشف العالم الفرنسي ج. جاي لوساك أن حجم الغاز عند ضغط ثابت يعتمد بشكل مباشر على درجة الحرارة. لكن الأمر الأكثر إثارة للفضول هو أنه عندما تتغير درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية، يزداد حجم الغاز أو ينخفض ​​بنفس المقدار. بعد إجراء الحسابات اللازمة، وجد جاي لوساك أن هذه القيمة تساوي 1/273 من حجم الغاز عند درجة حرارة 0 مئوية.

أدى هذا القانون إلى النتيجة الواضحة: درجة الحرارة التي تساوي -2730 درجة مئوية هي أدنى درجة حرارة، حتى لو اقتربت منها، فمن المستحيل تحقيقها. ودرجة الحرارة هذه هي التي تسمى "درجة حرارة الصفر المطلق".

علاوة على ذلك، أصبح الصفر المطلق نقطة البداية لإنشاء مقياس درجة الحرارة المطلقة، والذي شارك فيه الفيزيائي الإنجليزي دبليو طومسون، المعروف أيضًا باسم اللورد كلفن، بدور نشط.

كان بحثه الرئيسي يتعلق بإثبات أنه لا يمكن تبريد أي جسم في الطبيعة إلى ما دون الصفر المطلق. وفي الوقت نفسه، استخدم المقياس الثاني بنشاط، لذلك أصبح مقياس درجة الحرارة المطلقة الذي قدمه في عام 1848 يسمى المقياس الديناميكي الحراري أو "مقياس كلفن".

وفي السنوات والعقود اللاحقة، لم يكن هناك سوى توضيح عددي لمفهوم "الصفر المطلق"، الذي بدأ اعتباره، بعد اتفاقيات عديدة، يساوي -273.150 درجة مئوية.

ومن الجدير بالذكر أيضًا أن الصفر المطلق يلعب دورًا مهمًا للغاية في بيت القصيد هو أنه في عام 1960، في المؤتمر العام التالي للأوزان والمقاييس، أصبحت وحدة درجة الحرارة الديناميكية الحرارية - الكلفن - واحدة من وحدات القياس الأساسية الست . في الوقت نفسه، تم النص بشكل خاص على أن درجة كلفن واحدة تساوي رقمًا واحدًا، لكن النقطة المرجعية "حسب كلفن" تعتبر عادةً صفرًا مطلقًا، أي -273.150 درجة مئوية.

المعنى المادي الرئيسي للصفر المطلق هو أنه وفقًا للقوانين الفيزيائية الأساسية، عند درجة الحرارة هذه، تكون طاقة حركة الجسيمات الأولية، مثل الذرات والجزيئات، صفرًا، وفي هذه الحالة يجب أن تكون أي حركة فوضوية لهذه الجسيمات نفسها توقف. عند درجة حرارة تساوي الصفر المطلق، يجب على الذرات والجزيئات أن تتخذ موقعًا واضحًا عند النقاط الرئيسية للشبكة البلورية، لتشكل نظامًا منظمًا.

في الوقت الحاضر، وباستخدام معدات خاصة، تمكن العلماء من الحصول على درجات حرارة لا تزيد عن أجزاء قليلة في المليون فوق الصفر المطلق. من المستحيل ماديًا تحقيق هذه القيمة بحد ذاتها بسبب القانون الثاني للديناميكا الحرارية الموصوف أعلاه.

درجة الحرارة المطلقة صفر تقابل 273.15 درجة مئوية تحت الصفر، و459.67 تحت الصفر فهرنهايت. بالنسبة لمقياس درجة حرارة كلفن، فإن درجة الحرارة هذه نفسها هي علامة الصفر.

جوهر درجة حرارة الصفر المطلق

إن مفهوم الصفر المطلق يأتي من جوهر درجة الحرارة. أي جسم ينطلق في البيئة الخارجية أثناء. وفي الوقت نفسه تنخفض درجة حرارة الجسم، أي. تبقى طاقة أقل. من الناحية النظرية، يمكن أن تستمر هذه العملية حتى تصل كمية الطاقة إلى الحد الأدنى بحيث لا يستطيع الجسم التخلي عنها.
يمكن بالفعل العثور على نذير بعيد لمثل هذه الفكرة في M. V. Lomonosov. لقد فسر العالم الروسي العظيم الحرارة بالحركة "الدوارة". وبالتالي فإن الحد الأقصى لدرجة التبريد هو التوقف الكامل لهذه الحركة.

وفقًا للمفاهيم الحديثة، فإن درجة حرارة الصفر المطلق هي التي يكون فيها للجزيئات أدنى مستوى طاقة ممكن. مع طاقة أقل، أي. عند درجة حرارة منخفضة، لا يمكن أن يوجد أي جسم مادي.

النظرية والتطبيق

إن درجة حرارة الصفر المطلق مفهوم نظري، ومن المستحيل تحقيقها عمليا، من حيث المبدأ، حتى في المختبرات العلمية المجهزة بأحدث المعدات. لكن العلماء تمكنوا من تبريد المادة إلى درجات حرارة منخفضة للغاية تقترب من الصفر المطلق.

وفي درجات الحرارة هذه، تكتسب المواد خصائص مذهلة لا يمكن أن تمتلكها في الظروف العادية. والزئبق، الذي يطلق عليه "الفضة الحية" لأنه في حالة قريبة من السائل، يصبح صلبا عند درجة الحرارة هذه - لدرجة أنه يمكن استخدامه لدق المسامير. بعض المعادن تصبح هشة، مثل الزجاج. يصبح المطاط بنفس القدر من القوة. إذا ضربت جسمًا مطاطيًا بمطرقة عند درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق، فسوف ينكسر مثل الزجاج.

يرتبط هذا التغيير في الخصائص أيضًا بطبيعة الحرارة. كلما ارتفعت درجة حرارة الجسم المادي، كلما كانت حركة الجزيئات أكثر كثافة وفوضوية. مع انخفاض درجة الحرارة، تصبح الحركة أقل كثافة ويصبح الهيكل أكثر تنظيما. وهكذا يصبح الغاز سائلاً، والسائل يصبح صلباً. المستوى النهائي للنظام هو البنية البلورية. وفي درجات حرارة منخفضة للغاية، حتى المواد التي تظل عادة غير متبلورة، مثل المطاط، تكتسبها.

تحدث ظواهر مثيرة للاهتمام أيضًا مع المعادن. تهتز ذرات الشبكة البلورية بسعة أقل، ويقل تشتت الإلكترونات، وبالتالي تنخفض المقاومة الكهربائية. يكتسب المعدن الموصلية الفائقة، والتي يبدو تطبيقها العملي مغريًا للغاية، على الرغم من صعوبة تحقيقها.

مصادر:

  • ليفانوفا أ. درجات الحرارة المنخفضة والصفر المطلق وميكانيكا الكم

جسم– وهذا أحد المفاهيم الأساسية في الفيزياء ويعني شكل وجود المادة أو المادة. وهو جسم مادي يتميز بالحجم والكتلة، وفي بعض الأحيان أيضًا بمعلمات أخرى. من الواضح أن الجسد المادي مفصول عن الأجسام الأخرى بحدود. هناك عدة أنواع خاصة من الأجسام المادية؛ ولا ينبغي فهم إدراجها على أنها تصنيف.

في الميكانيكا، غالبًا ما يُفهم الجسم المادي على أنه نقطة مادية. هذا نوع من التجريد، الخاصية الرئيسية التي هي حقيقة أنه يمكن إهمال الأبعاد الحقيقية للجسم لحل مشكلة معينة. بمعنى آخر، النقطة المادية هي جسم محدد جدًا له أبعاد وشكل وخصائص أخرى مماثلة، ولكنها ليست مهمة من أجل حل المشكلة القائمة. على سبيل المثال، إذا كنت بحاجة إلى حساب كائن ما في قسم معين من المسار، فيمكنك تجاهل طوله تمامًا عند حل المشكلة. هناك نوع آخر من الأجسام المادية التي يعتبرها الميكانيكيون هو الجسم الصلب تمامًا. إن آليات مثل هذا الجسم هي بالضبط نفس آليات النقطة المادية، ولكن بالإضافة إلى ذلك فإن لها خصائص أخرى. يتكون الجسم الصلب تمامًا من نقاط، لكن لا تتغير المسافة بينها ولا توزيع الكتلة تحت الأحمال التي يتعرض لها الجسم. هذا يعني أنه لا يمكن تشويهه. لتحديد موضع جسم جامد تمامًا، يكفي تحديد نظام الإحداثيات المرتبط به، وعادةً ما يكون ديكارتيًا. وفي معظم الحالات، يكون مركز الكتلة أيضًا هو مركز نظام الإحداثيات. لا يوجد جسم جامد تمامًا، ولكن لحل العديد من المشكلات، يعد هذا التجريد مناسبًا للغاية، على الرغم من أنه لا يتم أخذه في الاعتبار في الميكانيكا النسبية، لأنه مع الحركات التي تقارن سرعتها بسرعة الضوء، يوضح هذا النموذج تناقضات داخلية. وعكس الجسم الجامد تمامًا هو الجسم القابل للتشوه،

الصفر المطلق (الصفر المطلق) - بداية درجة الحرارة المطلقة، والتي تبدأ من 273.16 كلفن تحت النقطة الثلاثية للماء (نقطة التوازن المكونة من ثلاث مراحل - الجليد والماء وبخار الماء)؛ عند الصفر المطلق تتوقف حركة الجزيئات، وتكون في حالة حركة "صفر". أو: أدنى درجة حرارة لا تحتوي فيها المادة على طاقة حرارية.

الصفر المطلق يبدأقراءة درجة الحرارة المطلقة. يتوافق مع -273.16 درجة مئوية. في الوقت الحاضر، من الممكن في المختبرات الفيزيائية الحصول على درجات حرارة تتجاوز الصفر المطلق ببضعة أجزاء من المليون من الدرجة فقط، ولكن وفقًا لقوانين الديناميكا الحرارية، من المستحيل تحقيق ذلك. عند الصفر المطلق، سيكون النظام في حالة ذات أقل طاقة ممكنة (في هذه الحالة، ستؤدي الذرات والجزيئات اهتزازات "صفر") ولن تكون لديه أي إنتروبيا (صفر اضطراب). حجم الغاز المثالي عند نقطة الصفر المطلق يجب أن يساوي الصفر، ولتحديد هذه النقطة يتم قياس حجم غاز الهيليوم الحقيقي عند تسلسليخفض درجة الحرارة حتى يسيل عند ضغط منخفض (-268.9 درجة مئوية) ويستقر عند درجة الحرارة التي يتحول عندها حجم الغاز في حالة عدم التميع إلى الصفر. درجة الحرارة المطلقة الديناميكا الحراريةيتم قياس المقياس بالكلفن، ويشار إليه بالرمز K. مطلق الديناميكا الحراريةيتم ببساطة إزاحة المقياس والمقياس المئوي عن بعضهما البعض ويرتبطان بنسبة K = درجة مئوية + 273.16 درجة.

قصة

نشأت كلمة "درجة الحرارة" في تلك الأيام عندما اعتقد الناس أن الأجسام الأكثر سخونة تحتوي على كمية أكبر من مادة خاصة - سعرات حرارية - مقارنة بالأجسام الأقل تسخينًا. لذلك، كان يُنظر إلى درجة الحرارة على أنها قوة مزيج من مادة الجسم والسعرات الحرارية. لهذا السبب، تسمى وحدات قياس قوة المشروبات الكحولية ودرجة الحرارة بنفس الدرجة.

بما أن درجة الحرارة هي الطاقة الحركية للجزيئات، فمن الطبيعي قياسها بوحدات الطاقة (أي في نظام SI بالجول). ومع ذلك، بدأ قياس درجة الحرارة قبل وقت طويل من إنشاء النظرية الحركية الجزيئية، لذلك تقيس المقاييس العملية درجة الحرارة بالوحدات التقليدية - بالدرجات.

مقياس كلفن

تستخدم الديناميكا الحرارية مقياس كلفن، حيث يتم قياس درجة الحرارة من الصفر المطلق (الحالة المقابلة للحد الأدنى من الطاقة الداخلية الممكنة نظريًا للجسم)، والكلفن الواحد يساوي 1/273.16 من المسافة من الصفر المطلق إلى النقطة الثلاثية لـ الماء (الحالة التي يكون فيها أزواج الجليد والماء والماء في حالة توازن). يستخدم ثابت بولتزمان لتحويل الكلفن إلى وحدات طاقة. تُستخدم أيضًا الوحدات المشتقة: كيلوكلفن، ميجاكلفن، ملي كلفن، إلخ.

مئوية

في الحياة اليومية، يتم استخدام مقياس مئوية، حيث 0 هي نقطة تجمد الماء، و 100 درجة هي نقطة غليان الماء عند الضغط الجوي. نظرًا لأن نقطتي تجمد وغليان الماء غير محددة بشكل جيد، يتم تحديد مقياس مئوية حاليًا باستخدام مقياس كلفن: الدرجة المئوية تساوي كلفن، ويُعتبر الصفر المطلق هو -273.15 درجة مئوية. يعد المقياس المئوي عمليًا مناسبًا جدًا لأن الماء شائع جدًا على كوكبنا وتعتمد عليه حياتنا. تعتبر الصفر المئوي نقطة خاصة للأرصاد الجوية، حيث أن تجمد مياه الغلاف الجوي يغير كل شيء بشكل كبير.

فهرنهايت

في إنجلترا وخاصة في الولايات المتحدة الأمريكية، يتم استخدام مقياس فهرنهايت. يقسم هذا المقياس الفترة من درجة حرارة أبرد شتاء في المدينة التي عاش فيها فهرنهايت إلى درجة حرارة جسم الإنسان إلى 100 درجة. درجة الصفر المئوي هي 32 درجة فهرنهايت، والدرجة الفهرنهايت تساوي 5/9 درجة مئوية.

التعريف الحالي لمقياس فهرنهايت هو كما يلي: هو مقياس لدرجة الحرارة حيث تساوي درجة واحدة (1 درجة فهرنهايت) 1/180 من الفرق بين نقطة غليان الماء ودرجة حرارة ذوبان الجليد عند الضغط الجوي، و نقطة انصهار الجليد هي +32 درجة فهرنهايت. ترتبط درجة الحرارة على مقياس فهرنهايت بدرجة الحرارة على مقياس مئوية (t ° C) بنسبة t ° C = 5/9 (t ° F - 32)، 1 ° F = 5/9 ° C. اقترحه ج. فهرنهايت عام 1724.

مقياس ريومور

تم اقتراحه في عام 1730 من قبل R. A. Reaumur، الذي وصف مقياس حرارة الكحول الذي اخترعه.

الوحدة هي درجة ريومور (°R)، 1°R تساوي 1/80 من الفاصل الزمني لدرجة الحرارة بين النقطتين المرجعيتين - درجة حرارة انصهار الجليد (0 درجة مئوية) ونقطة غليان الماء (80 درجة مئوية)

1 درجة ص = 1.25 درجة مئوية.

وفي الوقت الحالي، توقف استخدام المقياس؛ وقد بقي لفترة أطول في فرنسا، موطن المؤلف.

مقارنة مقاييس درجة الحرارة

وصف كلفن مئوية فهرنهايت نيوتن ريومور
الصفر المطلق −273.15 −459.67 −90.14 −218.52
درجة حرارة انصهار مخلوط الفهرنهايت (الملح والثلج بكميات متساوية) 0 −5.87
نقطة تجمد الماء (الظروف العادية) 0 32 0
متوسط ​​درجة حرارة جسم الإنسان¹ 36.8 98.2 12.21
نقطة غليان الماء (الظروف العادية) 100 212 33
درجة حرارة سطح الشمس 5800 5526 9980 1823

درجة حرارة جسم الإنسان الطبيعية هي 36.6 درجة مئوية ±0.7 درجة مئوية، أو 98.2 درجة فهرنهايت ±1.3 درجة فهرنهايت. القيمة المقتبسة عادة وهي 98.6 درجة فهرنهايت هي تحويل دقيق إلى فهرنهايت للقيمة الألمانية في القرن التاسع عشر البالغة 37 درجة مئوية. وبما أن هذه القيمة لا تقع ضمن نطاق درجة الحرارة العادية حسب المفاهيم الحديثة، فيمكن القول أنها تحتوي على دقة زائدة (غير صحيحة). تم تقريب بعض القيم في هذا الجدول.

مقارنة بين مقياس فهرنهايت ومقياس مئوية

(ل- مقياس فهرنهايت، أوك- مقياس مئوية)

سف سج سف سج سف سج سف سج
-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

لتحويل درجة مئوية إلى كلفن، يجب عليك استخدام الصيغة ت=ر+ت 0حيث T هي درجة الحرارة بالكلفن، t هي درجة الحرارة بالدرجات المئوية، T 0 = 273.15 كلفن. حجم الدرجة المئوية يساوي كلفن.

أي جسم مادي، بما في ذلك جميع الكائنات الموجودة في الكون، لديه حد أدنى لدرجة الحرارة أو الحد الأقصى لها. تعتبر نقطة البداية لأي مقياس لدرجة الحرارة هي قيمة درجة حرارة الصفر المطلق. ولكن هذا من الناحية النظرية فقط. الحركة الفوضوية للذرات والجزيئات، التي تتخلى عن طاقتها في هذا الوقت، لم تتوقف بعد في الممارسة العملية.

وهذا هو السبب الرئيسي وراء عدم إمكانية الوصول إلى درجات حرارة الصفر المطلق. لا تزال هناك مناقشات حول عواقب هذه العملية. من وجهة نظر الديناميكا الحرارية، فإن هذا الحد لا يمكن الوصول إليه، لأن الحركة الحرارية للذرات والجزيئات تتوقف تمامًا، ويتم تشكيل شبكة بلورية.

يتصور ممثلو فيزياء الكم وجود الحد الأدنى من التذبذبات الصفرية عند درجات حرارة الصفر المطلق.

ما هي قيمة درجة حرارة الصفر المطلق ولماذا لا يمكن تحقيقها؟

وفي المؤتمر العام للأوزان والمقاييس تم وضع نقطة مرجعية أو مرجعية لأول مرة لأجهزة القياس التي تحدد مؤشرات درجات الحرارة.

حاليًا، في النظام الدولي للوحدات، النقطة المرجعية للمقياس المئوي هي 0 درجة مئوية للتجميد و100 درجة مئوية للغليان، وقيمة درجات حرارة الصفر المطلق تساوي -273.15 درجة مئوية.

باستخدام قيم درجة الحرارة على مقياس كلفن وفقًا لنفس النظام الدولي للوحدات، سيحدث غليان الماء عند القيمة المرجعية 99.975 درجة مئوية، والصفر المطلق يساوي 0. وعلى مقياس فهرنهايت يتوافق المؤشر مع -459.67 درجة .

ولكن، إذا تم الحصول على هذه البيانات، فلماذا إذن يكون من المستحيل تحقيق درجات حرارة الصفر المطلق عمليا؟ للمقارنة، يمكننا أن نأخذ سرعة الضوء المعروفة، والتي تساوي القيمة الفيزيائية الثابتة البالغة 1،079،252،848.8 كم / ساعة.

ومع ذلك، لا يمكن تحقيق هذه القيمة عمليا. ويعتمد ذلك على الطول الموجي للإرسال، والظروف، والامتصاص المطلوب لكمية كبيرة من الطاقة بواسطة الجسيمات. وللحصول على قيمة درجات حرارة الصفر المطلق يتطلب إنتاج كبير من الطاقة وغياب مصادرها لمنع دخولها إلى الذرات والجزيئات.

ولكن حتى في ظروف الفراغ الكامل، لم يتمكن العلماء من الحصول على سرعة الضوء أو درجة حرارة الصفر المطلق.

لماذا من الممكن الوصول إلى درجات حرارة الصفر تقريبًا، ولكن ليس الصفر المطلق؟

إن ما سيحدث عندما يقترب العلم من تحقيق درجة حرارة منخفضة للغاية تصل إلى الصفر المطلق يبقى فقط في نظرية الديناميكا الحرارية وفيزياء الكم. ما هو السبب وراء عدم إمكانية تحقيق درجات حرارة الصفر المطلق عمليا.

جميع المحاولات المعروفة لتبريد المادة إلى الحد الأدنى بسبب فقدان الطاقة الأقصى أدت إلى وصول السعة الحرارية للمادة أيضًا إلى الحد الأدنى. ببساطة لم تعد الجزيئات قادرة على التخلي عن الطاقة المتبقية. ونتيجة لذلك توقفت عملية التبريد دون الوصول إلى الصفر المطلق.

عند دراسة سلوك المعادن في ظروف قريبة من درجات حرارة الصفر المطلق، وجد العلماء أن الحد الأقصى للانخفاض في درجة الحرارة يجب أن يؤدي إلى فقدان المقاومة.

لكن توقف حركة الذرات والجزيئات أدى فقط إلى تكوين شبكة بلورية تنقل من خلالها الإلكترونات المارة جزءًا من طاقتها إلى الذرات الثابتة. ومرة أخرى، لم يكن من الممكن الوصول إلى الصفر المطلق.

وفي عام 2003، كانت درجة الحرارة أقل بمقدار نصف مليار من درجة مئوية واحدة فقط من الصفر المطلق. استخدم باحثو وكالة ناسا جزيء Na لإجراء التجارب، والذي كان دائمًا في مجال مغناطيسي ويتخلى عن طاقته.

أقرب إنجاز حققه العلماء في جامعة ييل، الذين وصلوا في عام 2014 إلى رقم 0.0025 كلفن. المركب الناتج، أحادي فلوريد السترونتيوم (SrF)، استمر لمدة 2.5 ثانية فقط. وفي النهاية ما زال يتفكك إلى ذرات.

درجة حرارة الصفر المطلق

يتم اعتبار درجة الحرارة الحدية التي يصبح عندها حجم الغاز المثالي مساوياً للصفر درجة حرارة الصفر المطلق.

دعونا نجد قيمة الصفر المطلق على مقياس مئوية.
معادلة الحجم Vفي الصيغة (3.1) صفر ومع مراعاة ذلك

.

ومن هنا تكون درجة حرارة الصفر المطلق

ر= -273 درجة مئوية. 2

هذه هي أقصى درجة حرارة وأدنى درجة حرارة في الطبيعة، وهي "الدرجة الأكبر أو الأخيرة من البرد"، التي تنبأ بوجودها لومونوسوف.

يتم الحصول على أعلى درجات الحرارة على الأرض - مئات الملايين من الدرجات - خلال انفجارات القنابل النووية الحرارية. تعتبر درجات الحرارة المرتفعة نموذجية للمناطق الداخلية لبعض النجوم.

2قيمة أكثر دقة للصفر المطلق: -273.15 درجة مئوية.

مقياس كلفن

قدم العالم الإنجليزي دبليو كلفن النطاق المطلقدرجات الحرارة درجة حرارة الصفر على مقياس كلفن تقابل الصفر المطلق، ووحدة درجة الحرارة على هذا المقياس تساوي درجة على مقياس مئوية، إذن درجة الحرارة المطلقة تيرتبط بدرجة الحرارة على مقياس مئوية بواسطة الصيغة

ت = ر + 273. (3.2)

في الشكل. 3.2 يوضح المقياس المطلق ومقياس مئوية للمقارنة.

تسمى وحدة SI لدرجة الحرارة المطلقة كلفن(مختصر ك). ولذلك فإن درجة واحدة على مقياس سيلسيوس تساوي درجة واحدة على مقياس كلفن:

وبالتالي، فإن درجة الحرارة المطلقة، حسب التعريف الوارد في الصيغة (3.2)، هي كمية مشتقة تعتمد على درجة الحرارة المئوية وعلى القيمة المحددة تجريبيا لـ a.

قارئ:ما المعنى الفيزيائي لدرجة الحرارة المطلقة؟

دعونا نكتب التعبير (3.1) في النموذج

.

مع الأخذ في الاعتبار أن درجة الحرارة على مقياس كلفن ترتبط بدرجة الحرارة على مقياس سيليزيوس بالعلاقة ت = ر + 273، نحصل

أين ت 0 = 273 ك، أو

لأن هذه العلاقة صالحة لدرجة الحرارة التعسفية ت، فيمكن صياغة قانون جاي-لوساك على النحو التالي:

بالنسبة لكتلة معينة من الغاز عند p = const، تكون العلاقة التالية:

المهمة 3.1.في درجة الحرارة ت 1 = حجم الغاز 300 كلفن V 1 = 5.0 لتر. تحديد حجم الغاز عند نفس الضغط ودرجة الحرارة ت= 400 ك.

قف! قرر بنفسك: A1، B6، C2.

المشكلة 3.2.أثناء التسخين متساوي الضغط، زاد حجم الهواء بنسبة 1%. ما النسبة المئوية التي ارتفعت بها درجة الحرارة المطلقة؟

= 0,01.

إجابة: 1 %.

دعونا نتذكر الصيغة الناتجة

قف! قرر بنفسك: A2، A3، B1، B5.

قانون تشارلز

أثبت العالم الفرنسي تشارلز تجريبيًا أنه إذا تم تسخين الغاز بحيث يظل حجمه ثابتًا، فإن ضغط الغاز سيزداد. اعتماد الضغط على درجة الحرارة له الشكل:

ص(ر) = ص 0 (1 + ب ر), (3.6)

أين ص(ر) - الضغط عند درجة الحرارة ردرجة مئوية؛ ص 0 - الضغط عند 0 درجة مئوية؛ ب هو معامل درجة حرارة الضغط، وهو نفسه بالنسبة لجميع الغازات: 1/K.

قارئ:والمثير للدهشة أن معامل درجة حرارة الضغط b يساوي تمامًا معامل درجة حرارة التمدد الحجمي a!

دعونا نأخذ كتلة معينة من الغاز مع الحجم V 0 عند درجة الحرارة ت 0 والضغط ص 0 . لأول مرة، مع الحفاظ على ضغط الغاز ثابتا، نقوم بتسخينه إلى درجة الحرارة ت 1. عندها سيكون للغاز حجم V 1 = V 0 (1 + أ ر) والضغط ص 0 .

في المرة الثانية، مع الحفاظ على حجم ثابت للغاز، نقوم بتسخينه إلى نفس درجة الحرارة ت 1. عندها سيكون للغاز ضغط ص 1 = ص 0 (1 + ب ر) والحجم V 0 .

وبما أن درجة حرارة الغاز في كلتا الحالتين هي نفسها، فإن قانون بويل-ماريوت صالح:

ص 0 V 1 = ص 1 V 0 Þ ص 0 V 0 (1 + أ ر) = ص 0 (1 + ب ر)V 0 Þ

Þ 1 + أ ر = 1 + ب رÞ أ = ب.

لذلك ليس من المستغرب أن أ = ب، لا!

دعونا نعيد كتابة قانون تشارلز في الصورة

.

بالنظر إلى ذلك ت = ردرجة مئوية + 273 درجة مئوية، ت 0 = 273 درجة مئوية، نحصل عليها