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]

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

pV=nRT

Ezt a víz olvadás- és forráspontjára felírva:

olvadás:

forrás:

továbbá:

ekkor R-re felírható:

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

Ezt visszahelyettesítve az olvadás képletébe:

Ezen eredmény szerint az új skálán az olvadó jég hőmérséklete: . 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: .

Negatív hőmérséklet[szerkesztés]

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]

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. A lézeres hűtés a leggyakrabban alkalmazott eljárás, amellyel a hőmérséklet egymilliárdod 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]

Fordítás[szerkesztés]

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

További információk[szerkesztés]