Absoluutne nulltemperatuur
Absoluutne nullpunkt on temperatuur, mille juures aineosakesed (molekulid ja aatomid) on oma madalaima energiaga. Mõned inimesed arvavad, et absoluutse nullpunkti juures kaotavad osakesed kogu energia ja peatuvad liikumast. See ei ole õige. Kvantfüüsikas on olemas midagi, mida nimetatakse nullpunkti energiaks, mis tähendab, et isegi pärast seda, kui osakestelt on kogu energia eemaldatud, on osakestel veel energiat. See tuleneb Heisenbergi määramatuse printsiibist, mis ütleb, et mida rohkem on teada osakese asukoha kohta, seda vähem saab teada tema impulsi kohta ja vastupidi. Seetõttu ei saa osakest täielikult peatada, sest siis oleks teada tema täpne asukoht ja impulss.
Mõned inimesed on loonud absoluutsele nullile väga lähedasi temperatuure: rekordtemperatuur oli 100 pK (sada pikokelvini, võrdub 10-10 kelviniga) üle absoluutse nulli. Isegi absoluutse nulli lähedale jõudmine on keeruline, sest kõik, mis puutub absoluutse nulli lähedale jahutatavasse esemesse, annaks sellele soojust. Teadlased kasutavad aatomite aeglustamiseks lasereid, kui nad jahutavad objekte väga madalatele temperatuuridele.
Kelvini ja Rankine'i temperatuuriskaala on määratletud nii, et absoluutne nullpunkt on 0 kelvini (K) või 0 Rankine'i kraadi (°R). Celsiuse ja Fahrenheiti skaalad on määratletud nii, et absoluutne nullpunkt on -273,15 °C või -459,67 °F.
Selles etapis on osakeste rõhk null. Kui me joonistame sellele graafiku, näeme, et osakeste temperatuur on null. Temperatuur ei saa enam langeda. Samuti ei saa osakesed liikuda ka "tagurpidi", sest kuna osakeste liikumine on vibratsioon, siis tagurpidi vibreerimine ei oleks midagi muud kui lihtsalt uuesti vibreerimine. Mida lähemale jõuab objekti temperatuur absoluutsele nullile, seda vähem on materjal elektrit takistav, seega juhib ta elektrit peaaegu ideaalselt, ilma mõõdetava vastupanuta.
Termodünaamikakolmasseadus ütleb, et millegi temperatuur ei saa kunagi olla absoluutne null.
Termodünaamika teine seadus ütleb, et kõik mootorid, mis töötavad soojuse abil (näiteks automootorid ja aururongide mootorid), peavad eraldama jääksoojust ja ei saa olla 100% tõhusad. Selle põhjuseks on see, et kasutegur (mootori poolt tarbitud energia protsent, mida tegelikult kasutatakse mootori töö tegemiseks) on 100%×(1-Külg/Külg), mis on 100% ainult siis, kui välistemperatuur on absoluutne null, mida see ei saa olla. Seega ei saa mootor olla 100% tõhus, kuid selle tõhusust saab muuta 100%-le lähemale, kui muuta sisetemperatuuri kuumemaks ja/või välistemperatuuri külmemaks.
Nullkelvin (-273,15 °C) on määratletud kui absoluutne nullpunkt.
Seotud leheküljed
- Absoluutne temperatuur
- Absoluutselt kuum
Küsimused ja vastused
K: Mis on absoluutne nullpunkt?
V: Absoluutne nullpunkt on temperatuur, mille juures aineosakesed (molekulid ja aatomid) on oma madalaima energiapunktiga.
K: Kas absoluutne null tähendab, et osakesed kaotavad kogu energia ja peatuvad liikumast?
V: Ei, kvantfüüsikas on olemas midagi, mida nimetatakse nullpunkti energiaks, mis tähendab, et isegi pärast seda, kui kogu energia on osakestelt eemaldatud, on osakestel Heisenbergi määramatuse printsiibi tõttu veel energiat.
K: Milline on absoluutse nulli lähedal saavutatud rekordtemperatuur?
V: Rekordtemperatuur oli 100 pK (sada pikokelvinit, võrdub 10-10 kelviniga) üle absoluutse nulli.
K: Kuidas jahutavad teadlased esemeid väga madalatele temperatuuridele?
V: Teadlased kasutavad aatomite aeglustamiseks lasereid, kui nad jahutavad objekte väga madalatele temperatuuridele.
K: Kuidas on Celsiuse ja Fahrenheiti skaalad määratletud absoluutse nulli suhtes?
V: Celsiuse ja Fahrenheiti skaalad on määratletud nii, et absoluutne nullpunkt on -273,15 °C või -459,67 °F.
K: Mida ütleb kolmas termodünaamika seadus absoluutse nulli kohta?
V: Termodünaamika kolmas seadus ütleb, et millegi temperatuur ei saa kunagi olla absoluutne null.
K: Kuidas saab mootori kasutegurit 100%-le lähemale tõsta?
V: Teise termodünaamika seaduse kohaselt saab mootori kasutegurit 100%-le lähemale tõsta, muutes sisetemperatuuri kuumemaks ja/või välistemperatuuri külmemaks.
