อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์

การเลือกจุดละลายน้ำแข็งและน้ำเดือดเป็นจุดหลักของระดับอุณหภูมินั้นขึ้นอยู่กับอำเภอใจโดยสมบูรณ์ ระดับอุณหภูมิที่ได้รับในลักษณะนี้ไม่สะดวกสำหรับการศึกษาเชิงทฤษฎี

ตามกฎของอุณหพลศาสตร์ เคลวินสามารถสร้างสเกลอุณหภูมิสัมบูรณ์ที่เรียกว่าสเกลอุณหภูมิสัมบูรณ์ (ปัจจุบันเรียกว่าสเกลอุณหภูมิเทอร์โมไดนามิกส์หรือสเกลเคลวิน) โดยไม่ขึ้นกับธรรมชาติของวัตถุเทอร์โมเมตริกหรือพารามิเตอร์เทอร์โมเมตริกที่เลือกโดยสิ้นเชิง อย่างไรก็ตาม หลักการสร้างมาตราส่วนดังกล่าวมีมากกว่าหลักสูตรของโรงเรียน เราจะพิจารณาปัญหานี้โดยใช้ข้อควรพิจารณาอื่นๆ

สูตร (2) หมายถึงสองวิธีที่เป็นไปได้ในการสร้างระดับอุณหภูมิ: การใช้การเปลี่ยนแปลงความดันของก๊าซจำนวนหนึ่งที่ปริมาตรคงที่ หรือการเปลี่ยนแปลงปริมาตรที่ความดันคงที่ ขนาดนี้เรียกว่า ระดับอุณหภูมิก๊าซในอุดมคติ.

เรียกว่าอุณหภูมิที่กำหนดโดยความเท่าเทียมกัน (2) อุณหภูมิสัมบูรณ์. อุณหภูมิสัมบูรณ์ Τ ไม่สามารถเป็นลบได้ เนื่องจากเห็นได้ชัดว่ามีปริมาณบวกทางด้านซ้ายของความเสมอภาค (2) (หรือเจาะจงกว่านั้นคือไม่สามารถมีเครื่องหมายที่แตกต่างกันได้ อาจเป็นได้ทั้งบวกหรือลบ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการเลือกเครื่องหมายของค่าคงที่ เค. เนื่องจากมีการตกลงกันไว้ว่าอุณหภูมิของจุดสามจุดควรถือเป็นบวก อุณหภูมิสัมบูรณ์จึงต้องเป็นค่าบวกเท่านั้น) ดังนั้นค่าอุณหภูมิต่ำสุดที่เป็นไปได้ ต= 0 คืออุณหภูมิเมื่อความดันหรือปริมาตรเป็นศูนย์

อุณหภูมิจำกัดซึ่งความดันของก๊าซในอุดมคติหายไปที่ปริมาตรคงที่หรือปริมาตรของก๊าซในอุดมคติมีแนวโน้มเป็นศูนย์ (เช่น ก๊าซควรถูกบีบอัดให้เป็น “จุด”) ที่ความดันคงที่เรียกว่า ศูนย์สัมบูรณ์. นี่คืออุณหภูมิต่ำสุดในธรรมชาติ

จากความเท่าเทียมกัน (3) โดยคำนึงถึงว่า \(~\mathcal h W_K \mathcal i = \frac(m_0 \mathcal h \upsilon^2 \mathcal i)(2)\) ความหมายทางกายภาพของศูนย์สัมบูรณ์จะเป็นดังนี้: ศูนย์สัมบูรณ์ - อุณหภูมิที่ควรหยุดการเคลื่อนที่เชิงการแปลความร้อนของโมเลกุล. ศูนย์สัมบูรณ์ไม่สามารถบรรลุได้

ระบบหน่วยสากล (SI) ใช้มาตราส่วนอุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์สัมบูรณ์ ศูนย์สัมบูรณ์ถือเป็นอุณหภูมิศูนย์ในระดับนี้ จุดอ้างอิงที่สองคืออุณหภูมิที่น้ำ น้ำแข็ง และไอน้ำอิ่มตัวอยู่ในสมดุลไดนามิก ซึ่งเรียกว่าจุดสามจุด (ในระดับเซลเซียส อุณหภูมิของจุดสามจุดคือ 0.01 °C) อุณหภูมิสัมบูรณ์แต่ละหน่วยเรียกว่าเคลวิน (สัญลักษณ์คือ 1 K) มีค่าเท่ากับ 1 องศาเซลเซียส

โดยการจุ่มขวดเทอร์โมมิเตอร์แก๊สลงในน้ำแข็งละลายแล้วในน้ำเดือดที่ความดันบรรยากาศปกติ พวกเขาพบว่าแรงดันแก๊สในกรณีที่สองมากกว่าครั้งแรกถึง 1.3661 เท่า เมื่อคำนึงถึงเรื่องนี้และใช้สูตร (2) เราสามารถระบุได้ว่าอุณหภูมิหลอมละลายของน้ำแข็ง ต 0 = 273.15 เค

จริงๆ แล้ว ขอให้เราเขียนสมการ (2) สำหรับอุณหภูมิกัน ต 0 น้ำแข็งละลายและอุณหภูมิน้ำเดือด ( ต 0 + 100):

\(~\frac(p_1V)(N) = kT_0 ;\) \(~\frac(p_2V)(N) = k(T_0 + 100) .\)

เมื่อหารสมการที่สองด้วยสมการแรก เราจะได้:

\(~\frac(p_2)(p_1) = \frac(T_0 + 100)(T_0) .\)

\(~T_0 = \frac(100)(\frac(p_2)(p_1) - 1) = \frac(100)(1.3661 - 1) = 273.15 K.\)

รูปที่ 2 แสดงแผนผังของมาตราส่วนเซลเซียสและมาตราส่วนอุณหพลศาสตร์

อุณหภูมิจำกัดที่ปริมาตรของก๊าซในอุดมคติกลายเป็นศูนย์จะถือเป็นอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม ปริมาตรของก๊าซจริงที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ไม่สามารถหายไปได้ การจำกัดอุณหภูมินี้สมเหตุสมผลหรือไม่?

อุณหภูมิที่ จำกัด ซึ่งดำรงอยู่ตามมาจากกฎเกย์ - ลูสแซกนั้นสมเหตุสมผลเนื่องจากเป็นไปได้ในทางปฏิบัติที่จะนำคุณสมบัติของก๊าซจริงเข้าใกล้คุณสมบัติของก๊าซในอุดมคติมากขึ้น ในการทำเช่นนี้คุณจะต้องใช้ก๊าซที่ทำให้บริสุทธิ์มากขึ้นเพื่อให้ความหนาแน่นของมันมีแนวโน้มเป็นศูนย์ เมื่ออุณหภูมิลดลง ปริมาตรของก๊าซดังกล่าวจะมีแนวโน้มถึงขีดจำกัดใกล้กับศูนย์

มาหาค่าศูนย์สัมบูรณ์ในระดับเซลเซียสกันดีกว่า ปริมาตรที่เท่ากัน วีวีสูตร (3.6.4) เป็นศูนย์ และคำนึงถึงสิ่งนั้นด้วย

ดังนั้นอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์จึงเท่ากับ

* ค่าศูนย์สัมบูรณ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้น: -273.15 °C

นี่คืออุณหภูมิสุดขั้วและต่ำสุดในธรรมชาติ ซึ่งเป็น "ระดับความหนาวเย็นที่ยิ่งใหญ่ที่สุดหรือครั้งสุดท้าย" ซึ่งเป็นการดำรงอยู่ของสิ่งที่ Lomonosov ทำนายไว้

สเกลเคลวิน

เคลวิน วิลเลียม (ทอมสัน ดับเบิลยู.) (พ.ศ. 2367-2450) - นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษที่โดดเด่นซึ่งเป็นหนึ่งในผู้ก่อตั้งอุณหพลศาสตร์และทฤษฎีจลน์ศาสตร์ระดับโมเลกุลของก๊าซ

เคลวินแนะนำระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์และให้หนึ่งในสูตรของกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ในรูปแบบของความเป็นไปไม่ได้ที่จะเปลี่ยนความร้อนให้เป็นงานโดยสมบูรณ์ เขาคำนวณขนาดของโมเลกุลโดยอาศัยการวัดพลังงานพื้นผิวของของเหลว ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับการวางสายโทรเลขข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก เคลวินได้พัฒนาทฤษฎีการแกว่งของแม่เหล็กไฟฟ้าและได้สูตรสำหรับคาบการแกว่งอิสระในวงจร สำหรับความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ของเขา W. Thomson ได้รับตำแหน่งลอร์ดเคลวิน

นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ดับบลิว. เคลวิน ได้แนะนำระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์ อุณหภูมิศูนย์บนสเกลเคลวินสอดคล้องกับศูนย์สัมบูรณ์ และหน่วยอุณหภูมิบนสเกลนี้เท่ากับหนึ่งองศาในสเกลเซลเซียส ดังนั้นอุณหภูมิสัมบูรณ์ ตสัมพันธ์กับอุณหภูมิในระดับเซลเซียสตามสูตร

(3.7.6)

รูปที่ 3.11 แสดงสเกลสัมบูรณ์และสเกลเซลเซียสเพื่อเปรียบเทียบ

หน่วย SI ของอุณหภูมิสัมบูรณ์เรียกว่าเคลวิน (ตัวย่อ K) ดังนั้น หนึ่งองศาตามสเกลเซลเซียสจึงเท่ากับหนึ่งองศาตามสเกลเคลวิน: 1 °C = 1 K

ดังนั้น อุณหภูมิสัมบูรณ์ตามคำจำกัดความที่กำหนดโดยสูตร (3.7.6) จึงเป็นปริมาณอนุพัทธ์ที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเซลเซียสและค่าที่หาได้จากการทดลองของ a อย่างไรก็ตาม มันมีความสำคัญขั้นพื้นฐาน

จากมุมมองของทฤษฎีจลน์ศาสตร์ของโมเลกุล อุณหภูมิสัมบูรณ์มีความสัมพันธ์กับพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่ที่วุ่นวายของอะตอมหรือโมเลกุล ที่ ที =โอเค การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลหยุดลง ซึ่งจะกล่าวถึงรายละเอียดเพิ่มเติมในบทที่ 4

การขึ้นอยู่กับปริมาตรกับอุณหภูมิสัมบูรณ์

เมื่อใช้มาตราส่วนเคลวิน กฎของเกย์-ลุสซัก (3.6.4) สามารถเขียนในรูปแบบที่ง่ายกว่าได้ เพราะ

(3.7.7)

ปริมาตรของก๊าซที่มีมวลที่กำหนดที่ความดันคงที่จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์

ตามมาว่าอัตราส่วนของปริมาตรของก๊าซที่มีมวลเท่ากันในสถานะต่าง ๆ ที่ความดันเท่ากันจะเท่ากับอัตราส่วนของอุณหภูมิสัมบูรณ์:

(3.7.8)

มีอุณหภูมิต่ำสุดที่เป็นไปได้ที่ปริมาตร (และความดัน) ของก๊าซในอุดมคติจะหายไป นี่คืออุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์:-273 องศาเซลเซียส สะดวกในการนับอุณหภูมิจากศูนย์สัมบูรณ์ นี่คือวิธีการสร้างสเกลอุณหภูมิสัมบูรณ์

ศูนย์อุณหภูมิสัมบูรณ์เท่ากับ 273.15 องศาเซลเซียส ต่ำกว่าศูนย์ และ 459.67 ต่ำกว่าศูนย์ฟาเรนไฮต์ สำหรับระดับอุณหภูมิเคลวิน อุณหภูมินี้เองจะเป็นศูนย์

สาระสำคัญของอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์

แนวคิดเรื่องศูนย์สัมบูรณ์มาจากแก่นแท้ของอุณหภูมิ วัตถุใดๆ ที่ปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมภายนอกในระหว่างนั้น ในขณะเดียวกันอุณหภูมิของร่างกายก็ลดลงเช่น พลังงานเหลือน้อยลง ตามทฤษฎีแล้ว กระบวนการนี้สามารถดำเนินต่อไปได้จนกว่าปริมาณพลังงานจะถึงระดับต่ำสุดจนร่างกายไม่สามารถปล่อยออกไปได้อีกต่อไป
ลางสังหรณ์ที่อยู่ห่างไกลของแนวคิดดังกล่าวมีอยู่แล้วใน M.V. Lomonosov นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียผู้ยิ่งใหญ่อธิบายความร้อนด้วยการเคลื่อนไหวแบบ "หมุน" ดังนั้นระดับความเย็นสูงสุดจึงหยุดการเคลื่อนไหวดังกล่าวโดยสมบูรณ์

ตามแนวคิดสมัยใหม่ อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์คืออุณหภูมิที่โมเลกุลมีระดับพลังงานต่ำที่สุดที่เป็นไปได้ ด้วยพลังงานที่น้อยลง เช่น ที่อุณหภูมิต่ำกว่า ร่างกายจะไม่สามารถดำรงอยู่ได้

ทฤษฎีและการปฏิบัติ

อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์เป็นแนวคิดทางทฤษฎี ซึ่งเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ แม้แต่ในห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ที่มีอุปกรณ์ที่ทันสมัยที่สุดก็ตาม แต่นักวิทยาศาสตร์สามารถทำให้สารเย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำมาก ซึ่งใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์

ที่อุณหภูมิดังกล่าว สารจะได้รับคุณสมบัติที่น่าทึ่งซึ่งไม่สามารถมีได้ภายใต้สถานการณ์ปกติ ปรอทซึ่งเรียกว่า "เงินมีชีวิต" เนื่องจากอยู่ในสถานะใกล้กับของเหลว จะแข็งตัวที่อุณหภูมินี้ - จนถึงจุดที่สามารถใช้ตอกตะปูได้ โลหะบางชนิดจะเปราะเหมือนแก้ว ยางก็แข็งเหมือนกัน หากคุณตีวัตถุที่เป็นยางด้วยค้อนที่อุณหภูมิใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ มันจะแตกเหมือนแก้ว

การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัตินี้ยังสัมพันธ์กับธรรมชาติของความร้อนด้วย ยิ่งอุณหภูมิของร่างกายสูงขึ้น โมเลกุลก็จะยิ่งมีความเข้มข้นและวุ่นวายมากขึ้นเท่านั้น เมื่ออุณหภูมิลดลง การเคลื่อนไหวจะรุนแรงน้อยลง และโครงสร้างก็จะเป็นระเบียบมากขึ้น ดังนั้นก๊าซจึงกลายเป็นของเหลว และของเหลวก็กลายเป็นของแข็ง ระดับสูงสุดของการสั่งซื้อคือโครงสร้างคริสตัล ที่อุณหภูมิต่ำมาก แม้แต่สสารที่ปกติไม่มีรูปร่าง เช่น ยาง ก็ยังได้รับมัน

ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจก็เกิดขึ้นกับโลหะเช่นกัน อะตอมของโครงตาข่ายคริสตัลจะสั่นด้วยแอมพลิจูดที่น้อยลง การกระเจิงของอิเล็กตรอนลดลง และความต้านทานไฟฟ้าจึงลดลง โลหะได้รับความเป็นตัวนำยิ่งยวดซึ่งการใช้งานจริงนั้นดูน่าดึงดูดมากแม้ว่าจะทำได้ยากก็ตาม

แหล่งที่มา:

• Livanova A. อุณหภูมิต่ำ, ศูนย์สัมบูรณ์และกลศาสตร์ควอนตัม

ร่างกายนี่เป็นหนึ่งในแนวคิดพื้นฐานในฟิสิกส์ ซึ่งหมายถึงรูปแบบการดำรงอยู่ของสสารหรือสสาร นี่คือวัตถุวัสดุที่มีลักษณะเป็นปริมาตรและมวล และบางครั้งก็มีพารามิเตอร์อื่นด้วย ร่างกายถูกแยกออกจากร่างกายอื่นอย่างชัดเจนด้วยขอบเขต ร่างกายมีประเภทพิเศษหลายประเภท ไม่ควรเข้าใจว่ารายการเหล่านี้ถือเป็นการจำแนกประเภท

ในกลศาสตร์ ร่างกายมักเข้าใจว่าเป็นจุดวัตถุ นี่เป็นสิ่งที่เป็นนามธรรมซึ่งคุณสมบัติหลักคือความจริงที่ว่ามิติที่แท้จริงของร่างกายสามารถถูกละเลยในการแก้ปัญหาเฉพาะได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง จุดวัสดุคือวัตถุที่มีความเฉพาะเจาะจงมากซึ่งมีมิติ รูปร่าง และลักษณะอื่นๆ ที่คล้ายกัน แต่ไม่สำคัญในการแก้ปัญหาที่มีอยู่ ตัวอย่างเช่น หากคุณต้องการนับวัตถุบนบางส่วนของเส้นทาง คุณสามารถละเว้นความยาวของวัตถุนั้นได้เมื่อแก้ไขปัญหา ร่างกายอีกประเภทหนึ่งที่กลศาสตร์พิจารณาคือร่างกายที่เข้มงวดอย่างยิ่ง กลไกของวัตถุนั้นเหมือนกับกลไกของจุดวัสดุทุกประการ แต่ยังมีคุณสมบัติอื่นอีกด้วย วัตถุที่มีความแข็งอย่างยิ่งประกอบด้วยจุดต่างๆ แต่ไม่มีระยะห่างระหว่างจุดเหล่านั้นหรือการกระจายของการเปลี่ยนแปลงของมวลภายใต้น้ำหนักที่ร่างกายต้องเผชิญ ซึ่งหมายความว่าไม่สามารถเปลี่ยนรูปได้ ในการกำหนดตำแหน่งของวัตถุที่แข็งเกร็งอย่างยิ่ง ก็เพียงพอที่จะระบุระบบพิกัดที่ติดอยู่ ซึ่งโดยปกติคือคาร์ทีเซียน ในกรณีส่วนใหญ่ จุดศูนย์กลางมวลก็เป็นศูนย์กลางของระบบพิกัดด้วย ไม่มีวัตถุที่แข็งกระด้างอย่างแน่นอน แต่สำหรับการแก้ปัญหาหลายอย่างสิ่งที่เป็นนามธรรมนั้นสะดวกมากแม้ว่าจะไม่ได้รับการพิจารณาในกลศาสตร์สัมพัทธภาพก็ตาม เนื่องจากด้วยการเคลื่อนไหวที่มีความเร็วเทียบได้กับความเร็วของแสง แบบจำลองนี้แสดงให้เห็นถึงความขัดแย้งภายใน สิ่งที่ตรงกันข้ามกับร่างกายที่แข็งทื่ออย่างยิ่งคือร่างกายที่เปลี่ยนรูปได้

แนวคิดทางกายภาพของ "อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์" มีความสำคัญมากสำหรับวิทยาศาสตร์สมัยใหม่: มันเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับแนวคิดเช่นความเป็นตัวนำยิ่งยวดซึ่งการค้นพบนี้สร้างความรู้สึกที่แท้จริงในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ยี่สิบ

เพื่อให้เข้าใจว่าศูนย์สัมบูรณ์คืออะไร คุณควรหันไปดูผลงานของนักฟิสิกส์ชื่อดังเช่น G. Fahrenheit, A.Celsius, J. Gay-Lussac และ W. Thomson พวกเขามีบทบาทสำคัญในการสร้างเครื่องชั่งน้ำหนักหลักที่ยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน

คนแรกที่เสนอระดับอุณหภูมิของเขาคือนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน G. Fahrenheit ในปี 1714 ในเวลาเดียวกัน อุณหภูมิของส่วนผสมซึ่งรวมถึงหิมะและแอมโมเนียถือเป็นศูนย์สัมบูรณ์ นั่นคือเป็นจุดต่ำสุดของมาตราส่วนนี้ ตัวบ่งชี้ที่สำคัญถัดไปคือซึ่งมีค่าเท่ากับ 1,000 ดังนั้น แต่ละส่วนของมาตราส่วนนี้จึงเรียกว่า "องศาฟาเรนไฮต์" และมาตราส่วนเองก็เรียกว่า "มาตราส่วนฟาเรนไฮต์"

30 ปีต่อมา เอ. เซลเซียส นักดาราศาสตร์ชาวสวีเดนได้เสนอมาตรวัดอุณหภูมิของตนเอง โดยประเด็นหลักคืออุณหภูมิละลายของน้ำแข็งและน้ำ มาตราส่วนนี้เรียกว่า "มาตราส่วนเซลเซียส" ซึ่งยังคงได้รับความนิยมในประเทศส่วนใหญ่ของโลก รวมถึงรัสเซียด้วย

ในปี 1802 ขณะทำการทดลองที่มีชื่อเสียงของเขา J. Gay-Lussac นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสค้นพบว่าปริมาตรของก๊าซที่ความดันคงที่นั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิโดยตรง แต่สิ่งที่น่าสงสัยที่สุดคือเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง 10 องศาเซลเซียส ปริมาตรของก๊าซจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงตามปริมาณที่เท่ากัน เมื่อทำการคำนวณที่จำเป็นแล้ว Gay-Lussac พบว่าค่านี้เท่ากับ 1/273 ของปริมาตรของก๊าซที่อุณหภูมิ 0C

กฎข้อนี้นำไปสู่ข้อสรุปที่ชัดเจน: อุณหภูมิเท่ากับ -2,730C เป็นอุณหภูมิต่ำสุด แม้ว่าคุณจะเข้าใกล้อุณหภูมินั้น ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะบรรลุผลดังกล่าว อุณหภูมินี้เรียกว่า "อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์"

ยิ่งไปกว่านั้น ศูนย์สัมบูรณ์ยังกลายเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการสร้างระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์ ซึ่งนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ดับเบิลยู. ทอมสัน หรือที่รู้จักในชื่อลอร์ดเคลวิน เข้ามามีส่วนร่วม

งานวิจัยหลักของเขาเกี่ยวข้องกับการพิสูจน์ว่าไม่มีร่างกายใดในธรรมชาติที่สามารถระบายความร้อนให้ต่ำกว่าศูนย์สัมบูรณ์ได้ ในเวลาเดียวกันเขาใช้อันที่สองอย่างจริงจัง ดังนั้น สเกลอุณหภูมิสัมบูรณ์ที่เขาแนะนำในปี 1848 จึงถูกเรียกว่าอุณหพลศาสตร์หรือ "สเกลเคลวิน"

ในปีและทศวรรษต่อๆ มา มีเพียงการชี้แจงเชิงตัวเลขเกี่ยวกับแนวคิด "ศูนย์สัมบูรณ์" ซึ่งหลังจากข้อตกลงต่างๆ มากมาย เริ่มถือว่ามีค่าเท่ากับ -273.150C

เป็นที่น่าสังเกตว่าศูนย์สัมบูรณ์มีบทบาทสำคัญมากในประเด็นทั้งหมดคือในปี 1960 ในการประชุมใหญ่สามัญเรื่องน้ำหนักและการวัดครั้งถัดไป หน่วยของอุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์ - เคลวิน - กลายเป็นหนึ่งในหกหน่วยการวัดพื้นฐาน . ในเวลาเดียวกัน มีการระบุไว้เป็นพิเศษว่าหนึ่งองศาเคลวินเป็นตัวเลขเท่ากับหนึ่ง แต่จุดอ้างอิง "ตามเคลวิน" มักจะถือว่าเป็นศูนย์สัมบูรณ์ นั่นคือ -273.150C

ความหมายทางกายภาพหลักของศูนย์สัมบูรณ์คือตามกฎฟิสิกส์พื้นฐาน ที่อุณหภูมิดังกล่าว พลังงานการเคลื่อนที่ของอนุภาคมูลฐาน เช่น อะตอมและโมเลกุล จะเป็นศูนย์ และในกรณีนี้ การเคลื่อนไหวที่วุ่นวายของอนุภาคเดียวกันเหล่านี้ควร หยุด. ที่อุณหภูมิเท่ากับศูนย์สัมบูรณ์ อะตอมและโมเลกุลจะต้องอยู่ในตำแหน่งที่ชัดเจนที่จุดหลักของโครงตาข่ายคริสตัล ทำให้เกิดระบบที่เป็นระเบียบ

ปัจจุบันนี้ นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจวัดอุณหภูมิได้เพียงไม่กี่ส่วนในล้านส่วนซึ่งสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์โดยใช้อุปกรณ์พิเศษ เป็นไปไม่ได้ทางกายภาพที่จะบรรลุค่านี้เนื่องจากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ที่อธิบายไว้ข้างต้น

> ศูนย์สัมบูรณ์

เรียนรู้ว่ามันเท่ากับอะไร อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์และคุณค่าของเอนโทรปี ค้นหาว่าอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์อยู่ที่เท่าใดในระดับเซลเซียสและเคลวิน

ศูนย์สัมบูรณ์– อุณหภูมิต่ำสุด. นี่คือจุดที่เอนโทรปีถึงค่าต่ำสุด

วัตถุประสงค์การเรียนรู้

• ทำความเข้าใจว่าเหตุใดศูนย์สัมบูรณ์จึงเป็นตัวบ่งชี้ตามธรรมชาติของจุดศูนย์

ประเด็นหลัก

• ศูนย์สัมบูรณ์นั้นเป็นสากล กล่าวคือ สสารทั้งหมดอยู่ในสถานะพื้นดินตามตัวบ่งชี้นี้
• K มีพลังงานเป็นศูนย์เชิงกลควอนตัม แต่ในการตีความ พลังงานจลน์สามารถเป็นศูนย์ได้ และพลังงานความร้อนจะหายไป
• อุณหภูมิต่ำสุดในสภาพห้องปฏิบัติการสูงถึง 10-12 K อุณหภูมิธรรมชาติขั้นต่ำคือ 1 K (การขยายตัวของก๊าซในเนบิวลาบูมเมอแรง)

เงื่อนไข

• เอนโทรปีคือการวัดการกระจายพลังงานที่สม่ำเสมอในระบบ
• อุณหพลศาสตร์เป็นสาขาวิชาวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาความร้อนและความสัมพันธ์กับพลังงานและงาน

ศูนย์สัมบูรณ์คืออุณหภูมิต่ำสุดที่เอนโทรปีถึงค่าต่ำสุด นั่นคือนี่คือตัวบ่งชี้ที่เล็กที่สุดที่สามารถสังเกตได้ในระบบ นี่เป็นแนวคิดสากลและทำหน้าที่เป็นจุดศูนย์ในระบบหน่วยอุณหภูมิ

กราฟของความดันเทียบกับอุณหภูมิของก๊าซต่างๆ ที่มีปริมาตรคงที่ โปรดทราบว่ากราฟทั้งหมดประมาณค่าความดันเป็นศูนย์ที่อุณหภูมิหนึ่ง

ระบบที่ศูนย์สัมบูรณ์ยังคงมีพลังงานจุดศูนย์เชิงควอนตัมเชิงกลอยู่ ตามหลักความไม่แน่นอน ไม่สามารถระบุตำแหน่งของอนุภาคได้อย่างแม่นยำสัมบูรณ์ หากอนุภาคถูกแทนที่ที่ศูนย์สัมบูรณ์ อนุภาคนั้นยังคงมีพลังงานสำรองขั้นต่ำอยู่ แต่ในอุณหพลศาสตร์แบบดั้งเดิม พลังงานจลน์สามารถเป็นศูนย์ได้ และพลังงานความร้อนจะหายไป

จุดศูนย์ของมาตราส่วนอุณหพลศาสตร์ เช่น เคลวิน มีค่าเท่ากับศูนย์สัมบูรณ์ ข้อตกลงระหว่างประเทศกำหนดว่าอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์จะสูงถึง 0K ในระดับเคลวิน และ -273.15°C ในระดับเซลเซียส สารนี้มีผลกระทบทางควอนตัมที่อุณหภูมิต่ำสุด เช่น ความเป็นตัวนำยิ่งยวดและความเป็นของเหลวยิ่งยวด อุณหภูมิต่ำสุดในสภาพห้องปฏิบัติการคือ 10-12 K และในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ - 1 K (การขยายตัวอย่างรวดเร็วของก๊าซในเนบิวลาบูมเมอแรง)

การขยายตัวอย่างรวดเร็วของก๊าซทำให้อุณหภูมิที่สังเกตได้ต่ำที่สุด