Abszolút nulla fok

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

Az abszolút nulla fok az a hőmérséklet, amelynél a testből nem nyerhető ki hőenergia. A Kelvin-skálán (abszolút hőmérsékleti skálán) 0 K, a Celsius-skálán ‒273,15 °C, a Fahrenheit-skálán ‒459,67 °F, a Rankine-skálán pedig ismét 0 °R. Ezen a szinten az atomok és molekulák mozgása megszűnik, csupán a nullponti energia marad meg, a rácsrezgések alap energiaszintje, melynek létezése a kvantummechanika segítségével érthető meg.

A termodinamika III. főtétele értelmében az abszolút nulla fok a valóságban elérhetetlen, azonban tetszőleges mértékben megközelíthető.

Különleges kísérleti körülmények között már milliárdod kelvin közelébe is sikerült lejutni. Ezen a hőmérsékleten már az atomok kvantummechanikai mozgása válik meghatározóvá, a kísérleti anyag pedig különleges, kvantumos tulajdonságokat mutat.

Lord Kelvin vezette be az abszolút hőmérsékleti skálát, amely az abszolút nulla foktól indul, és egysége megegyezik a Celsius-skáláéval.

Az abszolút hőmérséklet számítása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az abszolút 0 fok egy számított adat, az ideális gáz állapotegyenlete alapján.

pV=nRT

Ezt a víz olvadás- és forráspontjára felírva:

olvadás: pV_o=nRT_o

forrás: pV_f=nRT_f

továbbá: T_f-T_o=100

ekkor R-re felírható: R=\frac{pV_f-pV_o}{n\cdot100}

Megjegyzés: Ez az egyetemes gázállandó, értéke: R=8,314 J/(K·mol)

Ezt visszahelyettesítve az olvadás képletébe: T_o=\frac{100(pV)_o}{(pV)_f-(pV)_o}

Ezen eredmény szerint az új skálán az olvadó jég hőmérséklete: T_o=273,15. Mivel az olvadó jég hőmérséklete a Celsius-skálán 0, és mindkettő 100 egységnyire osztotta a víz olvadása és forrása közti hőmérséklet-különbséget, a kettő közti megfeleltetés nem más, mint: T(K)=t( ^\circ C)+273,15.

Negatív hőmérséklet[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Egyes félig izolált rendszerek (például egymásra nem ható spinek egy mágneses térben) elérhetnek negatív hőmérsékleteket, bár ebben az esetben sem lesznek hidegebbek, mint 0 K. Elképzelni őket inkább így lehet: t > T=∞, vagyis érintkezés esetén minden esetben a negatív hőmérsékletű rendszerből fog energia folyni pozitív hőmérsékletű (t > 0 K) rendszerekbe.

Megközelítési kísérletek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Nagyon alacsony hőmérsékleten, az abszolút nulla fok közelében az anyagok számos kérdésben mutatnak szokatlan tulajdonságokat, beleértve a szupravezetést, szuperfolyékonyságot, és a Bose-Einstein kondenzációt. Annak érdekében, hogy a tudósok tanulmányozhassák az ilyen jelenségeket, egyre alacsonyabb hőmérsékletek előállításán dolgoznak.

Abszolút nulla fok nem érhető el mesterségesen, bár el lehet érni hőmérsékletet az abszolút nulla fok közelében kriogénhűtők használata révén. Lézeres hűtés a leggyakrabban alkalmazott eljárás, amellyel a hőmérséklet egy milliárdod K-re hűthető.

A képen a Bumeráng-köd felvétele látható

A jelenlegi világrekordot 1999-ben állították fel, 100 pikokelvinre hűtöttek egy darab ródiumot. 2003 szeptemberében Wolfgang Ketterle és munkatársai 450 pK-t, azaz 4,5·10–10 K-t értek el az amerikai MIT laboratóriumában. 2003 februárjában, a Bumeráng-köd volt megfigyelhető. A gázfelhő kb. 1 K-re hűlt le, ezt intenzív csillagászati megfigyelésekkel következtették ki. Ez a legalacsonyabb valaha feljegyzett természetes hőmérséklet. 2005 májusában az Európai Űrügynökség (ESA) kutatási témákban javasolta a femtokelvin hőmérséklet elérését. 2006 májusában a hannoveri egyetem kvantumoptikai intézetében részletesen elkezdett foglalkozni az ESA által felvetett kutatással.

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Fordítás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Ez a szócikk részben vagy egészben az Absolute zero című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

Külső hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]