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 −273,16 °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 rendszerből ki nem nyerhető nullponti energia marad meg, a rácsrezgések alapenergiaszintje, melynek létezése a kvantummechanika segítségével érthető meg.

A termodinamika III. főtétele értelmében az abszolút nulla fok elérhetetlen, de tetszőlegesen megközelíthető. Különleges kísérleti körülmények között már milliárdod kelvinfok közelébe is sikerült lejutni. Ezen a hőmérsékleten már az atomok kvantummechanikai mozgása válik meghatározóvá, ami egy új halmazállapotot, a BEC-et hozza létre. Az eddigi legalacsonyabb hőmersékletet, 450 pK-t, azaz 4.5 × 10^-10  K-t 2003. szeptemberében Wolfgang Ketterle és munkatársai értek el az amerikai MIT laboratóriumában.

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

Az abszolút nulla fok eléréséhez a hagyományos hűtési módszerek már nem alkalmazhatóak. Nagyjából 1 K-től újfajta hűtési megoldások alkalmazása szükséges, hiszen 0.95 K hőmersékleten a hélium is szilárd halmazállapotúvá válik.

[szerkesztés] Abszolút hőmérséklet számítása

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

pV=nRT

Ezt a víz olvadás, forráspontjára felírva:

olvadás: (pv)₀ = nRT_o

forrás: (pv)_f = nRT_f

továbbá: T₀ − T_f = 100

ekkor R-re felírható: R = frac(pv)_f − (pV)_on100

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

Ezt visszahelyettesítve az olvadás képletébe: T_o = frac100(pV)_o(pv)_f − (pV)_o

Ezen eredmény szerint, az új skálán az olvadó jég hőmérséklete: T₀ = 273,15. Mivel az olvadó jég hőmérséklete Celsius skálán 0, és mindkettő 100 egységnyire osztotta víz olvadása, forrása közti hőmérsékletkülönbséget, a kettő közti megfeleltetés nem más, mint: T(K) = t(C) + 273,15.

[szerkesztés] Negatív hőmérséklet

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.