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
Самые интересные факты о температуре
Температура – одно из фундаментальных понятий в физике, она играет огромную роль в том, что касается земной жизни любых форм. При очень высоких или очень низких температурах различные вещи могут вести себя очень странно. Предлагаем вам узнать о ряде интересных фактов, связанных с температурами.
Какая температура самая высокая?
Самая высокая температура, которую создал человек, составила 4 миллиарда градусов Цельсия. Трудно поверить, что температура вещества может достичь такого невероятного уровня! Эта температура в 250 раз выше температуры ядра Солнца.
Невероятный рекорд был поставлен в Естественной Лаборатории Брукхэвена в Нью-Йорке в ионном коллайдере RHIC, длина которого — около 4 километров.
Ученые заставили столкнуться ионы золота, пытаясь воспроизвести условия Большого взрыва, создав кварк-глюонную плазму. В таком состоянии частицы, которые составляют ядра атомов – протоны и нейтроны, разбиваются, в результате чего получается «суп» из конституэнтных кварков.
Экстремальная температура в Солнечной системе
Температура среды в Солнечной системе отличается от той, к которой мы привыкли на Земле. Наша звезда Солнце невероятно горячая. В ее центре температура составляет около 15 миллионов Кельвинов, а поверхность Солнца имеет температуру всего около 5700 Кельвинов.
Температура в ядре нашей планеты составляет примерно столько же, сколько температура поверхности Солнца. Самая горячая планета Солнечной системы – Юпитер, температура ядра которого в 5 раз выше, чем температура поверхности Солнца.
Самая холодная температура в нашей системе зафиксирована на Луне: в некоторых кратерах в тени температура составляет всего 30 Кельвинов выше абсолютного нуля. Эта температура ниже, чем температура Плутона!
Температура среды обитания человека
Некоторые народы живут в весьма экстремальных условиях и необычных местах, не совсем удобных для жизни. Например, одни их самых холодных населенных пунктов – поселок Оймякон и город Верхноянск в Якутии, Россия. Температура зимой тут в среднем составляет минус 45 градусов Цельсия.
Самый холодный более крупный город тоже находится в Сибири – Якутск с населением около 270 тысяч человек. Температура зимой там составляется также около минус 45 градусов, а вот летом может подниматься до 30 градусов!
Самая высокая среднегодовая температура была замечена в оставленном городе Даллол, Эфиопия. В 1960-х годах тут зафиксировали средний показатель температуры — 34 градуса Цельсия выше нуля. Среди крупных городов самым жарким считается город Бангкок, столица Таиланда, где средняя температура составляет в марте-мае также около 34 градусов.
Самая экстремально высокая температура, где работают люди, замечена в золотых шахтах Mponeng в Южной Африке. Температура на уровне около 3 километров под землей составляет плюс 65 градусов Цельсия. Предпринимаются меры для охлаждения шахт, например, используют лед или изолирующие покрытия для стен, чтобы шахтеры могли работать без перегревания.
Какая температура самая низкая?
В попытках получить самую низкую температуру, ученые столкнулись с рядом важных для науки вещей. Человеку удалось получить самые холодные вещи во Вселенной, которые намного холоднее, чем любая вещь, созданная природой и космосом.
Замораживание допускает понижение температуры до нескольких милиКельвинов. Самая низкая температура, которую удалось достичь в искусственных условиях — 100 пикоКельвинов или 0.0000000001 K. Чтобы добиться такой температуры, необходимо воспользоваться магнитным охлаждением. Также подобных низких температур можно добиться, используя лазеры.
При таких температурах материал ведет себя вовсе не так, как при обычных условиях.
Какая температура в космосе?
Если вы, к примеру, возьмете в открытый космос термометр и оставите его там на некоторое время в месте, далеком от источника радиации, вы можете заметить, что он показывает температуру 2,73 Кельвина или около минус 270 градусов Цельсия. Это самая низкая естественная температура во Вселенной.
В космосе температура держится выше абсолютного нуля за счет радиации, которая осталась после Большого взрыва. Хотя космос очень холодный по нашим меркам, интересно отметить, что одной из важнейших проблем, с которыми сталкиваются космонавты в космосе, является жара.
Голый металл, из которого сделаны объекты, находящиеся на орбите, может нагреваться до 260 градусов Цельсия из-за свободных солнечных лучей. Чтобы понизить температуру кораблей, их нужно обертывать в специальный материал, который может понизить температуру только в 2 раза.
Температура открытого космоса тем не менее постоянно падает. Теории об этом появились уже давно, однако только недавние измерения подтвердили, что Вселенная охлаждается примерно на 1 градус каждые 3 миллиарда лет.
Температура космоса будет приближаться к абсолютному нулю, однако никогда его не достигнет. Температура на Земле не зависит от той температуры, которая сегодня имеется в космосе, и мы знаем, что наша планета последнее время постепенно нагревается.
Что такое теплород?
Тепло – механическое свойство материала. Чем горячее объект, тем больше энергии имеют его частицы во время движения. Атомы веществ в горячем твердом состоянии вибрируют быстрее, чем атомы тех же, но охлажденных веществ.
Будет ли вещество оставаться в жидком или газообразном состоянии зависит от того, до какой температуры его нагреть. Сегодня об этом знает любой школьник, однако до 19-го столетия ученые полагали, что тепло само по себе является субстанцией – невесомым флюидом, названным теплород.
Ученые считали, что этот флюид испарялся из теплого материала, таким образом, охлаждая его. Он может перетекать из горячих объектов в холодные. Многие прогнозы, основанные на этой теории, на самом деле верны. Несмотря на заблуждения по поводу тепла, были сделаны многие действительно правильные выводы и научные открытия. Теория теплорода была окончательно побеждена в конце 19-го века.
Существует ли самая высокая температура?
Абсолютный нуль – температура, ниже которой невозможно опуститься. А какая температура самая высокая из возможных? Наука пока точно ответить на этот вопрос не может.
Самой высокой температурой называют Планковскую температуру. Именно эта температура была во Вселенной в момент Большого взрыва, согласно представлениям современной науки. Эта температура равна 10^32 Кельвинов.
Для сравнения: если вы можете представить, эта температура в миллиарды раз больше самой высокой температуры, полученной искусственно человеком, о которой упоминалось ранее.
Согласно стандартной модели, Планковская температура пока остается самой высокой температурой из возможных. Если существует что-то еще более горячее, то привычные нам законы физики перестанут работать.
Есть предположения, что температура может подняться еще выше этого уровня, но что произойдет в таком случае, наука объяснить не может. В нашей модели реальности что-либо более горячее существовать не сможет. Может быть, реальность станет другой?
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