Самая низкая температура и почему она не может упасть ниже абсолютного нуля?
Вы когда-нибудь задавались вопросом — какой может быть самая низкая температура в нашей вселенной? И если да то наверняка всегда находили один и тот же ответ — это абсолютный ноль по шкале Кельвина, что равно -273,15 °C (Цельсия) или -459,67 °F (Фаренгейта) или -218,52 °R (градус Реомюра). Все эти величины абсолютно равны, т.е. обозначают одну и ту же физическую величину (температуру) и их значение не может быть ниже, при этом максимально высокая температура может увеличиваться практически до бесконечности. При этом я не ошибся, да температура может теоретически увеличиваться, но все же и у нее есть придел, но это предел настолько велик, что его даже невозможно противопоставить минусовой температуре.
Почему же так получается, что минимальная температура не может опуститься ниже указанного предела, в то время как максимальная температура может расти практически бесконечно?
Для того что бы ответить на данный вопрос, необходимо понять, что же такое температура, и из чего она образуется.
Температуру создают атомы своими колебаниями (движением). Чем быстрее это колебание и большая плотность атомов, тем выше температура.
Начнем по порядку. Все мы знаем, что все окружающие нас вещества состоят из молекул, в свою очередь молекулы состоят из атомов и не те ни другие практически ни когда не находятся в состоянии покоя. Да, да они всегда находятся в движении, колебании, вибрации, а говоря физическим языком в возбуждении. Даже в веществах с кристаллической молекулярной решеткой, таких как стекло или металл, молекулы вибрируют (двигаются). Одним словом, везде, даже в нашем теле молекулы находятся в определенной стадии возбуждения — движения. Соответственно данное движение молекул и атомов создает температуру, при этом, при одной и той же скорости молекул, но при повышении их плотности температура растет или при понижении их плотности температура падает.
У нас имеется два одинаковых куба, в каждом из которых, находятся молекулы воздуха, при этом, в одном кубе допустим 100 молекул, во втором кубе их 200 и двигаются они с одинаковой скоростью. Исходя из данных условий температура во втором кубе будет выше чем в первом.
С тем что такое температура, и что ее образует мы разобрались, теперь давайте разберемся с тем, почему температура не может опуститься ниже абсолютного нуля, но думаю вы уже и так все поняли.
Абсолютный ноль — это минимальный предел температуры, при котором все внутренние процессы в веществе достигшем этой величины прекращаются. Молекулы и атомы при абсолютном нуле перестают двигаться и полностью замирают.
Именно по этой причине температура не может опуститься ниже абсолютного нуля.
Поняв сказанное выше мы теперь легко можем понять, почему при повышении атмосферного давления, температура окружающей нас среды растет. Потому что при повышении давления плотность молекул воздуха возрастает, а при понижении падает.
Если вы разобрались со всем, что было сказано выше, то для вас не составит труда ответить на один простой вопрос:
Почему лист металла находясь на солнце становиться настолько горячим и может нас обжечь, при том, что воздух нас не обжигает?
Источник
Самая низкая температура во Вселенной
Какая температура самая низкая во Вселенной?
Самая высокая температура во Вселенной в 10 триллионов градусов по Цельсию была получена искусственным путем на Земле. Абсолютный рекорд был установлен в Швейцарии при эксперименте на Большом адронном коллайдере. А теперь угадайте — где во Вселенной была зафиксирована самая низкая температура? Правильно! Тоже на Земле.
В 2000 году группе ученых (из лаборатории низких температур в Технологическом университете Хельсинки) при изучении магнетизма и сверхпроводимости в редком металле Родий, удалось получить температуру всего на 0.0000000001 градуса выше абсолютного нуля (см. пресс-релиз). В настоящее время это самая низкая температура, полученная на Земле и Самая низкая температура во Вселенной.
Отметим, что абсолютный ноль — это предел всех температур или -273.15… градусов по Цельсию. Такую низкую температуру (-273.15 °C), просто невозможно достичь. Второй рекорд по снижению температуры был установлен в Массачусетском Технологическом Институте. В 2003 году там удалось получить сверх-холодный газ Натрия.
Получение сверхнизких температур, искусственным путем — выдающееся достижение. Исследования в этой области чрезвычайно важны для изучения эффекта сверхпроводимости, использование которого (в свою очередь) может вызвать настоящую индустриальную революцию.
Щелкните мышкой по любой синей панели ниже для получения дополнительной информации.
Оборудование для достижения рекордно низких температур
Оборудование для достижения рекордно низких температур, обеспечивает несколько последовательных стадий охлаждения. В центральной части криостата находится холодильник для достижении температуры 3 mK, и две атомные ступени охлаждения, использующие метод ядерного адиабатического размагничивания.
Первые атомная ступень охлаждается до температуры 50 μK, в то время как вторая атомная ступень с образцом Родия, позволила достичь рекордно низкой отрицательной температуры уже в пикокельвиновском диапазоне.
Самая низкая температура в природе
В природе самая низкая температура была зарегистрирована в туманности Бумеранг. Эта туманность расширяется и выбрасывает охлажденный газ со скоростью 500 000 км/ч. За счет огромной скорости выброса молекулы газа охладились до —271/-272 °С.
Для сравнения. Обычно, в открытом космосе температура не опускается ниже -273 °С.
Цифра в —271 °С — является самой низкой из официально зарегистрированных естественных температур. И это значит, что туманность Бумеранг холоднее даже реликтового излучения от Большого Взрыва.
Туманность Бумеранг находится относительно недалеко от Земли на расстоянии всего лишь в 5000 световых лет. В центре туманности находится умирающая звезда, которая когда-то, как и наше Солнце была желтым карликом. Затем она превратилась в красный гигант, взорвалась и закончила жизнь в виде белого карлика с гиперхолодной протопланетарной туманностью вокруг себя.
Туманность Бумеранг была детально сфотографирована космическим телескопом Хаббл в 1998 году. В 1995 году, используя 15-метровый субмиллиметровый телескоп ESO в Чили, астрономы выяснили, что именно она является самым холодным местом во Вселенной.
Самая низкая температура на Земле
Самая низкая естественная температура на Земле, —89,2 °С, была зафиксирована в 1983 в Антарктиде на Станция Восток. Это официально зарегистрированный рекорд.
Недавно ученые сделали новые замеры со спутника в районе японской станции Купол Фудзи. Получена новая рекордная цифра самой низкой температуры на поверхности Земли -91,2 °С. Однако этот рекорд сейчас оспаривается.
В тоже время поселок Оймякон в Якутии сохраняет за собой право считаться полюсом холода на нашей планете. В Оймяконе в 1938 году была зарегистрирована температура воздуха в -77,8 °С. И хотя на станции Восток в Антарктиде зафиксирована значительно более низкая температура (-89,2 °С), это достижение не может считаться рекордно низким, так как станция Восток находится на высоте 3488 метров над уровнем моря.
Для сопоставления результатов различных метеорологических наблюдений их необходимо приводить к уровню моря. Известно, что повышение над уровнем моря значительно понижает температуру. В этом случае самая низкая температура воздуха зарегистрированная на Земле оказывается в уже Оймяконе.
Самая низкая температура в Солнечной системе
Самая низкая температура в Солнечной системе, —235 °С на поверхности Тритона (спутник Нептуна).
Это настолько низкая температура, что охлажденный азот, вероятно, оседает на поверхности Тритона в виде снега или инея. Таким образом, Тритон, является самым холодным местом в Солнечной системе.
Источник
Самое холодное место во Вселенной
Как вы знаете из курса школьной физики, самая низкая температура – абсолютный ноль, или 0 градусов по Кельвину. По Цельсию это будет – 273.15 градусов. При такой температуре движение атомов в любом веществе должно остановиться. Но это теоретически, так как нигде нет такого холода, даже в космосе.
На Земле самое холодное место – станция «Восток» в Антарктиде, где в 1983 году была зафиксирована температура в -89 градусов по Цельсию. Это очень холодно – если выйти без специального снаряжения, можно моментально отморозить себе лёгкие. Но всё равно это просто курорт по сравнению с космическими температурами. Давайте поищем, где находится самое холодное место во Вселенной, известное учёным. Начнём с окрестностей – Солнечной системы.
Самое холодное место в Солнечной системе
Еще не так давно самым холодным местом Солнечной системы считался Уран. Эта планета вместе с Нептуном не зря относится к типу ледяных гигантов. В атмосфере Урана была зафиксирована температура в -224 0 C. Это ужасно холодно, но есть и еще более холодные места.
Затем пальма первенства перешла к Тритону, спутнику Нептуна. Он находится еще дальше от Солнца, чем Уран, так что это кажется логичным. «Вояджер-2», пролетая мимо системы Нептуна, зафиксировал на Тритоне температуру в -235 0 C.
Казалось бы, если мы будем удаляться от Солнца всё дальше, то будем находить места всё более холодные. Но это не так – на Плутоне, например, «теплее» — «всего» — 223 0 C.
Как ни странно, самое холодное место в Солнечной системе расположено гораздо ближе к Солнцу, буквально в шаге от нас – на Луне. Орбитальный аппарат Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) в 2009 году сканировал северные области Луны в инфракрасном диапазоне и зафиксировал в одном из кратеров температуру в -249 0 C. Этот кратер расположен вблизи северного лунного полюса и всегда находится в тени, то есть солнечные лучи туда никогда не попадают. Заметим, что на освещенной Солнцем лунной поверхности температура может достигать +117 0 C.
Самое холодное место в Солнечной системе находится на Луне. Инфракрасный снимок LRO. Самое тёмное место — самое холодное.
Как видим, самое холодное место в Солнечной системе, расположенное на Луне, имеет рекордно низкую температуру в -249 0 С. До абсолютного нуля совсем немного – всего 24.15 градусов. Если места во Вселенной, где ещё холоднее? Двинемся дальше, в глубокий космос.
Самое холодное место во Вселенной
Удалившись от Солнца всего на 5000 световых лет в направлении созвездия Центавра, мы можем обнаружить любопытную протопланетарную туманность. Она состоит из газа, быстро распространяющегося от центральной звезды в основном в двух направлениях. Из-за формы эта туманность иногда называют «галстуком-бабочкой», но обычное её название – «Бумеранг».
Туманность Бумеранг — самое холодное место во Вселенной.
Эта туманность очень быстро расширяется. Весь газ был изначально сброшенной оболочкой центральной звезды. Скорость расширения составляет 164 км/с, или 600 000 км/ч. Из-за этого туманность очень холодная – в ней происходит сильное поглощение энергии, которая тратится на расширение.
Туманность Бумеранг –самое холодное место во Вселенной, известное учёным сейчас. Температура в нём – всего 1 Кельвин, или -272 градуса по Цельсию, то есть это очень близко к абсолютному нулю. Если бы она не расширялась так быстро, то была бы самым заурядным местом, но именно это быстрое движение приводит к столь сильному охлаждению газа в этой туманности. Это похоже на естественный холодильник гигантского размера.
Туманность Бумеранг не всегда будет оставаться самым холодным местом. Срок жизни протопланетарных туманностей небольшой. Пройдут тысячи или даже несколько десятков тысяч лет, и эта туманность станет обычной планетарной. Газ в ней замедлит свой бег и частично рассеется в огромном пространстве, и эта туманность ничем не будет отличаться от других.
Но на данный момент туманность Бумеранг – самое холодное место во Вселенной. Меньшие температуры ученые получали лишь в лабораторных условиях, а здесь это естественное явление. Конечно, Вселенная велика, и наверняка в ней есть еще немало подобных объектов. Возможно, некоторые окажутся еще немного холоднее, но их еще предстоит открыть.
Источник
Холоднее и ещё холоднее
Около 14 миллиардов лет назад, при рождении, Вселенная была раскалена до колоссальных 1032 °С. Сейчас её основное свойство — холод. Но здесь, на Земле, морозы до –200 градусов нам не грозят. Поэтому надеемся, что рассказ о сверхнизких температурах поможет вам морально согреться даже в стужу.
Самая низкая в принципе
ГДЕ Нигде. В природе такое не встречается
СКОЛЬКО –273,15 °С, или 0 К (градусов Кельвина)
Однажды лорд Кельвин обозвал нерасторопного дворецкого абсолютным нулём. Так появился термин. Шутка. Более того, совсем не этот учёный первым определил самую низкую температуру.
Ещё в начале XVIII века об «абсолютном холоде» задумался французский физик Гийом Амонтон. Он обнаружил, что воздух при нагреве от 0 °С (точка замерзания воды) до 100 (кипение) увеличивает давление примерно на треть. Учёный задумался: насколько нужно охладить воздух, чтобы давление исчезло, то есть воздух превратился в твёрдое вещество? И получил –293 °С. Спустя полтора столетия британский физик Уильям Томпсон (тогда ещё не удостоенный титула лорда Кельвина), исходя из похожих соображений, рассчитал почти точное значение абсолютного нуля. Впоследствии Кельвин построил свою шкалу, отталкиваясь от этой точки.
В реальности абсолютный ноль не существует. Почему? Температуру тела создаёт движение атомов, а значит, при –273,15 °С все они должны находиться в полном покое. Но это невозможно из-за квантовых эффектов, так называемых нулевых колебаний, которые есть даже у вакуума.
Самая низкая в природе
ГДЕ Туманность Бумеранг, которая находится на расстоянии 5 тысяч световых лет от Земли
СКОЛЬКО 1 К (–272 °С)
Где же попытаться найти наименьшую температуру? Наверное, там, где нет никаких источников тепла — например, в открытом космосе вдали от галактик? Увы, мы потерпим неудачу, ибо даже космическое захолустье нагрето на несколько градусов, а именно до 2,725 К, за счёт реликтового излучения, оставшегося после Большого взрыва.
Но, оказывается, в космосе может быть что-то холоднее пустоты. В 1995 году астрономы Европейской южной обсерватории, расположенной в Чили, рассчитали, что звёздный газ в туманности Бумеранг извергается со скоростью в 600 тыс. км/ч. Такой «быстрый» газ охлаждается до 1К за счёт адиабатического процесса, суть которого в том, что если газ очень быстро расширяется, то он одновременно и охлаждается, потому что его внутренняя тепловая энергия расходуется — например, как в случае с туманностью, на увеличение газовой оболочки. Этот принцип лежит в основе работы большинства холодильников.
Самая низкая в Солнечной системе
ГДЕ Луна
СКОЛЬКО –240 °С
Казалось бы, чем дальше от Солнца, тем холоднее, и в некоторой степени это верно. В тройку самых холодных мест входят спутник Нептуна Тритон (не выше –237,6 °С), Плутон (–230 °С) и, неожиданно, — Луна.
Почему так холодно на Тритоне, понятно: как-никак 4,5 миллиарда километров от Солнца. Плутон холоднее, чем должен быть, из-за того, что азотный лёд на его поверхности тает при приближении планеты к Солнцу и вновь образуется при удалении. В результате поверхность охлаждается подобно телу потеющего человека. Луна же стала рекордсменкой за счёт глубоких кратеров, дна которых не достигает солнечный свет. Притом что её поверхность может разогреваться более чем до 100 °С.
Надо заметить, в Солнечной системе ещё много, очень много неисследованных тел, и, вполне возможно, какие-то объекты из Облака Оорта или пояса Койпера могут подвинуть Луну с пьедестала.
Самая низкая из созданных человеком
ГДЕ Лаборатория низких температур, Хельсинкский технологический университет
СКОЛЬКО 50 пикокельвин (0,000 000 000 05 К)
Многие материалы проявляют удивительные свойства при сверхнизких температурах. Например, металлы становятся сверхпроводящими, жидкости и сконденсированные газы — сверхтекучими. При температуре около абсолютного нуля существует конденсат Бозе — Эйнштейна, состояние вещества, при котором все атомы приобретают один и тот же энергетический уровень и становятся неотличимы друг от друга.
Весной этого года физик Марк Касевич и его коллеги из Стэнфордского университета смогли охладить конденсат из 100 тысяч атомов рубидия до температуры около 50 пикокельвин, говорится в статье, опубликованной в Physical Review Letters. Таких показателей удалось достигнуть с помощью специального лазера, подавлявшего движение атомов.
Самая низкая на Земле
ГДЕ Станция «Восток», Антарктида
СКОЛЬКО –89,2 °С
Восток — дело не только тонкое, но и очень холодное, если речь идёт об антарктической станции. Температурный рекорд –89,2 °С, зафиксированный советскими метеорологами в 1983 году, сейчас пытаются оспорить. Например, недавно сообщалось, что рядом с японской полярной станцией «Купол Фудзи» было на два градуса холоднее. Однако измерение проводилось с помощью спутника, а он считывает только температуру поверхности, а не воздуха.
За право считаться полюсом холода в Северном полушарии борются два населённых пункта в Якутии: город Верхоянск и село Оймякон (на самом деле правильнее говорить о местности Оймякон, ибо наблюдения ведутся в 40 километрах от села). Похоже, что в Верхоянске рекордная температура всё же немного ниже и составляет –67,8 °С.
Впрочем, защитники Оймякона не сдаются и не только пытаются подвинуть соседей-соперников, но и посягают на общемировой рекорд. Станция «Восток», справедливо замечают они, находится на высоте более трёх километров над уровнем моря, а Оймякон — 700 метров, и если привести их к одному уровню, Оймякон будет самым холодным местом на планете. В этих рассуждениях, правда, забывается Верхоянск, находящийся чуть более чем в сотне метрах над уровнем моря.
Источник