Что такое абсолютный ноль?

Отрицательные температуры

Температуры, которые выражаются отрицательными числами на знакомых шкалах Цельсия или Фаренгейта, просто холоднее, чем нулевые точки этих шкал. Определенный системы можно добиться действительно отрицательных температур; то есть их термодинамическая температура (выражается в кельвинах) может иметь отрицательный количество. Система с действительно отрицательной температурой не холоднее абсолютного нуля. Скорее система с отрицательной температурой горячее, чем любой Система с положительной температурой в том смысле, что если система с отрицательной температурой и система с положительной температурой вступают в контакт, тепло перетекает от системы с отрицательной температурой к системе с положительной температурой.

Большинство знакомых систем не могут достичь отрицательных температур, потому что добавление энергии всегда увеличивает их энтропия. Однако у некоторых систем есть максимальное количество энергии, которое они могут удерживать, и по мере приближения к этому максимуму их энтропия фактически начинает уменьшаться. Поскольку температура определяется соотношением между энергией и энтропией, температура такой системы становится отрицательной, даже если энергия добавляется. В результате фактор Больцмана для состояний системы при отрицательной температуре увеличивается, а не уменьшается с увеличением энергии состояния. Следовательно, никакая полная система, то есть включая электромагнитные моды, не может иметь отрицательные температуры, поскольку нет состояния с наивысшей энергией,[нужна цитата ] так что сумма вероятностей состояний расходится при отрицательных температурах. Однако для квазиравновесных систем (например, спинов, выходящих из равновесия с электромагнитным полем) этот аргумент неприменим, и отрицательные эффективные температуры достижимы.

3 января 2013 года физики объявили, что они впервые создали квантовый газ, состоящий из атомов калия с отрицательной температурой в двигательных степенях свободы.

Термодинамика около абсолютного нуля

При температурах около 0 K (-273,15 ° C; -459,67 ° F) почти все молекулярные движения прекращаются и ΔS = 0 для любого адиабатического процесса, где S — энтропия. В таких обстоятельствах чистые вещества могут (в идеале) образовывать совершенные кристаллы при T → 0. Сильная форма Макса Планка третьего закона термодинамики состояний энтропия идеального кристалла исчезает при абсолютном нуле, при котором идеальный кристалл отсутствует. Оригинал Нернста тепловая теорема делает слабее и менее спорное утверждение, что энтропия изменения для любого изотермический процесс стремится к нулю при T → 0:

Пт Т → 0 Δ S = 0 {\ displaystyle \ lim _ {T \ to 0} \ Delta S = 0}

Подразумевается, что энтропия идеального кристалла приближается к постоянному значению.

Постулат Нерста идентифицирует изотерму T = 0 как совпадающую с адиабатой S = 0, хотя другие изотермы и адиабаты различны. Поскольку никакие две адиабаты не пересекаются, никакая другая адиабата не может пересекать изотерму T = 0. Следовательно, никакой адиабатический процесс, инициированный при ненулевой температуре, не может привести к нулевой температуре. (≈ Callen, pp. 189–190)

Идеальный кристалл — это кристалл, в котором структура внутренней решетки простирается непрерывно во всех направлениях. Совершенный порядок может быть представлен поступательной симметрией вдоль трех (обычно не ортогональных ) осей. Каждый элемент решетки структуры находится на своем месте, будь то отдельный атом или молекулярная группа. Для веществ, которые существуют в двух (или более) стабильных кристаллических формах, таких как алмаз и графит для углерода, существует своего рода химическое вырождение. Остается вопрос, могут ли оба иметь нулевую энтропию при T = 0, даже если каждый из них совершенно упорядочен.

Совершенные кристаллы на практике не встречаются; несовершенства и даже целые включения аморфного материала могут и действительно «замораживаются» при низких температурах, поэтому переходов в более стабильные состояния не происходит.

Используя модель Дебая, удельная теплоемкость и энтропия чистого кристалла пропорциональны T, в то время как энтальпия и химический потенциал пропорционален T. (Гуггенхайм, стр. 111) Эти величины падают к своим предельным значениям T = 0 и приближаются с нулевым наклоном. По крайней мере, для удельной теплоемкости само предельное значение определенно равно нулю, что подтверждается экспериментами до температуры ниже 10 К. Даже менее подробная модель Эйнштейна показывает это любопытное падение удельной теплоемкости. Фактически при абсолютном нуле исчезают все удельные теплоемкости, а не только кристаллы. То же самое для коэффициента теплового расширения. Соотношения Максвелла показывают, что исчезают и другие различные величины. Эти явления были неожиданными.

Поскольку связь между изменениями свободной энергии Гиббса (G), энтальпия (H) и энтропия равна

Δ G = Δ H — T Δ S {\ displaystyle \ Delta G = \ Delta HT \ Delta S \,}

таким образом, когда T уменьшается, ΔG и ΔH приближаются друг к другу (пока ΔS ограничено). Экспериментально установлено, что все спонтанные процессы (включая химические реакции ) приводят к уменьшению G по мере того, как они продвигаются к равновесию. Если ΔS и / или T малы, условие ΔG экзотермическая реакция. Однако этого не требуется; эндотермические реакции могут протекать спонтанно, если член TΔS достаточно велик.

Более того, наклоны производных ΔG и ΔH сходятся и равны нулю при T = 0. Это гарантирует, что ΔG и ΔH почти одинаковы в значительном диапазоне температур. и обосновывает приблизительный эмпирический принцип Томсена и Бертело, который утверждает, что состояние равновесия, к которому переходит система, — это то, при котором выделяется наибольшее количество тепла, т. е. реальный процесс является наиболее экзотермическим. (Callen, стр. 186–187)

Одной из моделей, которая оценивает свойства электронного газа при абсолютном нуле в металлах, является ферми-газ. Электроны, будучи фермионами, должны находиться в разных квантовых состояниях, что приводит к тому, что электроны получают очень высокие типичные скорости даже при абсолютном нуле. Максимальная энергия, которую электроны могут иметь при абсолютном нуле, называется энергией Ферми. Температура Ферми определяется как максимальная энергия, деленная на постоянную Больцмана, и составляет порядка 80 000 K для типичных электронных плотностей, обнаруживаемых в металлах. При температурах значительно ниже температуры Ферми электроны ведут себя почти так же, как при абсолютном нуле. Это объясняет несостоятельность классической теоремы о равнораспределении для металлов, которая ускользнула от классических физиков в конце 19 века.

Очень низкие температуры

Быстрое расширение газов, выходящих из Туманность Бумеранг, биполярная нитевидная, вероятно, протопланетарная туманность в Центавре, вызывает самую низкую наблюдаемую температуру за пределами лаборатории: 1 K

Средняя температура Вселенной сегодня составляет примерно 2,73 кельвина (-270,42 ° C; -454,76 ° F), на основе измерений космический микроволновый фон радиация.

Абсолютного нуля достичь невозможно, хотя можно достичь близких к нему температур с помощью криокулеры, холодильники разбавления, и . Использование лазерное охлаждение произвел температуры менее одной миллиардной кельвина. При очень низких температурах, близких к абсолютному нулю, вещество проявляет множество необычных свойств, в том числе сверхпроводимость, сверхтекучесть, и Конденсация Бозе – Эйнштейна. Чтобы изучить такие явления, ученые работали над получением еще более низких температур.

• Текущий мировой рекорд был установлен в 1999 году на уровне 100 пикокельвинов (pK), или 0,0000000001 градуса Кельвина, путем охлаждения ядерных спинов в куске металла. родий металл.
• В ноябре 2000 г. ядерное вращение температуры ниже 100 пК были зарегистрированы для эксперимента на Хельсинкский технологический университет Лаборатория низких температур в Эспоо, Финляндия. Однако это была температура одного конкретного степень свободы —А квант свойство, называемое ядерным спином, а не общее среднее термодинамическая температура для всех возможных степеней свободы.
• В феврале 2003 г. Туманность Бумеранг наблюдалось, что в течение последних 1500 лет он выделял газы со скоростью 500 000 км / ч (310 000 миль / ч). По данным астрономических наблюдений, это охладило его примерно до 1 К. Это самая низкая из когда-либо зарегистрированных естественных температур.
• В мае 2005 г. Европейское космическое агентство предлагаемые исследования в космосе для достижения фемтокельвин температуры.
• В мае 2006 г. Институт квантовой оптики Ганноверский университет подробно рассказал о технологиях и преимуществах космических исследований фемтокельвинов.
• В январе 2013 года физик Ульрих Шнайдер из Мюнхенский университет в Германии сообщили о достижении температуры ниже абсолютного нуля («отрицательная температура «) в газах. Газ искусственно вынуждают выйти из равновесия в состояние с высоким потенциалом энергии, которое, однако, является холодным. Когда он затем испускает излучение, он приближается к равновесию и может продолжать излучение, несмотря на формальное достижение абсолютного нуля; таким образом, температура формально отрицательная.
• В сентябре 2014 г. ученые из CUORE сотрудничество в Laboratori Nazionali del Gran Sasso в Италии охладил медный сосуд объемом один кубический метр до 0,006 кельвина (-273,144 ° C; -459,659 ° F) в течение 15 дней, установив рекорд самой низкой температуры в известной вселенной для такого большого непрерывного объема.
• В июне 2015 г. физики-экспериментаторы Массачусетский технологический институт охлажденные молекулы в газе натрия-калия до температуры 500 нанокельвинов, и ожидается, что оно проявит экзотическое состояние вещества, немного охладив эти молекулы.
• В 2017 г. Лаборатория холодного атома (CAL) разработана экспериментальная установка для запуска в Международная космическая станция (ISS) в 2018 году. Инструмент создаст очень холодные условия в микрогравитация среды МКС, приводящей к формированию Конденсаты Бозе – Эйнштейна которые на порядок холоднее тех, что создаются в лабораториях на Земле. В космической лаборатории время взаимодействия до 20 секунд и всего 1 пикокельвин (10−12{ displaystyle 10 ^ {- 12}} K) температуры достижимы, и это может привести к исследованию неизвестных квантово-механический феномен и протестируйте некоторые из самых фундаментальных законы физики.

Важное недоразумение

Поскольку температура является мерой микроскопической энергии атомов (или молекул), она удваивается, если микроскопическая энергия удваивается. Тем не менее, переход от 10°C сегодня к 20°C завтра не удваивает температуру (хотя 20 дважды десять). Ученый сказал бы, что это 283 K, и вот где возникает проблема: удвоение 283 K составляет 566 K, что преобразуется в экстремальный 293°C. К счастью, 293°c при жизни людей не произойдет на Земле, но эта идея пропорционального изменения температуры привела к некоторой путанице с изменением климата.

Путаница в связи с изменением климата

Подавляющее большинство ученых согласны с тем, что изменение климата является одной из основных проблем, стоящих перед миром.

Большинство климатологов прогнозируют увеличение средней глобальной температуры на 1% к 2100 году. Это число звучит незначительно, если думать в градусах Цельсия, но изменение 1% означает, что должна использоваться шкала Кельвина. К сожалению, для того, чтобы сделать этот расчет, числа должны быть преобразованы в Кельвин и после выполнения надлежащих преобразований и расчетов увеличение на 1% по шкале Кельвина фактически приведет к средней глобальной температуре 17,4°C к 2100 году. Сейчас средняя нагретость Земли 14, 8 °C. Это может показаться не очень высоким, но увеличение 2.6°C довольно тревожно. При этом произойдет  повышение  уровня моря со всеми вытекающими последствиями для Земли.

Ожижитель водорода Дьюара

Дьюар усовершенствовал свою каскадную систему охлаждения. В лаборатории был установлен современный бензиновый насос мощностью 100 лошадиных сил, и 10 мая 1898 года Джеймс Дьюар и лаборанты Роберт Леннокс и Джеймс Хит подготовили для попытки свое изобретение.

Газ с шипением поступал в расширительный бачок большего размера без каких-либо признаков замерзания или засоров. Градусник постоянно падал. Как только показание показало -252 °C, прозрачная бесцветная жидкость начала медленно, но верно капать в стеклянный коллектор на дне расширительного бачка. Это продолжалось пять минут, пока сопло не замерзло и эксперимент не остановился.

Джеймс Дьюар взял небольшой пузырек с жидким кислородом и погрузил его в новую жидкость. Бледно-голубой кислород мгновенно превратился в бледно-голубое твердое вещество. Это доказало, что двадцать кубических сантиметров жидкости в коллекторе действительно были водородом.

Благодаря десятилетним усилиям он создал самый холодный объект, который когда-либо видела Земля, всего на 21 жалкий кельвин выше абсолютного нуля. Он сделал то, что великий Майкл Фарадей когда-то считал невозможным. Он сжижил последний имеющийся “постоянный газ” и обеспечил себе место в истории.

По крайней мере, так он думал.

“Гора водорода”

Ученые в то время считали, что водород сжижается при -250 °C. Это было грандиозная задача для того времени, и для этого потребовались бы устройства, которые еще не были изобретены. Но тот, кто первым получит сжиженный последний оставшийся “постоянный газ”, наверняка будет осыпан научным признанием за продвижение знаний человечества о свойства материи.

Джеймс Дьюар любил называть эту задачу “горой водорода”. Дьюар знал, что, если он сможет стать первым, кто ее покорит, его имя будет записано в залах Королевского института рядом с именем великого Майкла Фарадея. Таким образом, в середине 1880-х годов сэр Джеймс Дьюар решил направить все свои научные и инженерные ресурсы на криогенные исследования с целью сжижения водорода.

По мере продвижения экспериментов Джеймс Дьюар провел серию публичных лекций. Чтобы демонстрировать свойства самых холодных жидкостей. Специальные “сосуды Дьюара”, которые он использовал для работы с этими жидкостями, были его собственным изобретением.

Стеклянный сосуд со слоем вакуума между внутренней и внешней стенками. Ученый окунал обычно гибкие предметы в жидкий азот, а затем разбивал их, как стекло. Он доставал колбу с голубоватым жидким кислородом, который бурно кипел при комнатной температуре. Наконец, он помещал зажженную свечу в пары жидкого кислорода, что вызвало драматическую вспышку пламени.

Он завершал эти демонстрации низких температур, объясняя аудитории, что наука все больше приближается к максимально низкой температуре. После чего молекулы станут совершенно неподвижными. И, вероятно, произойдет “смерть вещества”.

Лорд Кельвин, 1824-1907

Британский физик лорд Кельвин, урожденный Уильям Томсон, обращался ко многим проблемам электричества и теплоты, хотя более всего он известен помощью, оказанной им прокладчикам первого трансатлантического подводного телеграфного кабеля. Томсон опубликовал более 600 работ и был избран президентом престижного Лондонского королевского общества. Ученым он был консервативным — отказывался признать существование атомов, отвергал теорию эволюции Дарвина и родственные теории возрастов Земли и Солнца, из-за чего проигрывал множество научных споров. Он получил титул лорда Кельвина Ларгского (по названию реки Кельвин, которая протекает по территории университета Глазго, и города Ларгса на побережье Шотландии, в котором он жил). В 1900-м лорд Кельвин прочитал в Королевском институте Великобритании знаменитую ныне лекцию, в которой оплакивал то обстоятельство, что «красоту и ясность теории» затмили «два облака», а именно не избавившаяся к тому времени от недостатков теория излучения черного тела и неудавшаяся попытка обнаружить «эфир», или газовую среду, в которой, как тогда предполагалось, распространяется свет.

Эти проблемы были в дальнейшем разрешены теорией относительности и квантовой теорией, но Томсон старался справиться с ними, используя ньютоновскую физику своего времени.

Поделиться ссылкой

Как вычислили абсолютный ноль?

В 1703 г. французский физик Гийом Амонтон (фр. Guillaume Amontons) представил воздушный термометр, в котором за нуль шкалы принималась температура, при которой воздух «теряет всю свою упругость». Рассчитанное им значение составило −239,5 °C.

Что холоднее абсолютного нуля?

Абсолютный ноль или ноль Кельвина равен минус 459 градусов по Фаренгейту или минус 273 градуса Цельсия. Это холоднее средней температуры в космосе, которая составляет около 3 Кельвинов (минус 454 градуса по Фаренгейту / минус 270 градусов Цельсия).

Что происходит при достижении абсолютного нуля?

При абсолютном нуле система должна находиться в состоянии с наименьшей возможной энергией, то есть все атомы и молекулы должны перестать двигаться и занять стабильные места в узлах кристаллической решетки (за исключением жидкого гелия).

Что происходит при 0 Кельвина?

Но давайте опустим тонкости и просто остановимся на том, что случайные молекулы воздуха или воды в толще льда будут двигаться или вибрировать все медленнее и медленнее, по мере понижения температуры. Абсолютный ноль — это температура -273,15 градусов Цельсия, -459,67 по Фаренгейту и просто 0 по Кельвину.

Почему абсолютный ноль 273?

Эта температура была теоретически обоснована, поскольку температура, это единица, обозначающая тепловое движение молекул, чем выше температура тем быстрее они двигаются, а при абсолютном нуле движения молекул совсем не происходит. …

Шкалы абсолютных температур

Абсолютное, или термодинамический, температура обычно измеряется в кельвины (Цельсия -масштабированные приращения) и в Шкала Ренкина (Фаренгейт -масштабированные приращения) с увеличением редкости. Абсолютное измерение температуры однозначно определяется мультипликативной константой, которая определяет размер степень, Итак соотношения двух абсолютных температур, Т₂/Т₁, одинаковы во всех масштабах. Наиболее прозрачное определение этого стандарта происходит от Распределение Максвелла – Больцмана. Его также можно найти в Статистика Ферми – Дирака (для частиц полуцелого вращение ) и Статистика Бозе – Эйнштейна (для частиц с целым спином). Все они определяют относительное количество частиц в системе как убывающее. экспоненциальные функции энергии (на уровне частиц) более kT, с k представляющий Постоянная Больцмана и Т представляющая температуру, наблюдаемую в макроскопический уровень.

Очень низкие температуры

туманность Бумеранг

Средняя температура Вселенной сегодня составляет приблизительно 2,73 кельвина (-270,42 ° C; -454,76 ° F), на основе измерений космического микроволнового фона излучения.

Абсолютный ноль не может быть достигнут, хотя можно достичь близких к нему температур с помощью криохладителей, холодильников разбавления и . Использование лазерного охлаждения позволило получить температуры менее одной миллиардной кельвина. При очень низких температурах, близких к абсолютному нулю, вещество проявляет множество необычных свойств, включая сверхпроводимость, сверхтекучесть и конденсацию Бозе – Эйнштейна. Чтобы изучить такие явления, ученые работали над получением еще более низких температур.

• Текущий мировой рекорд был установлен в 1999 году — 100 пикокельвинов (pK), или 0,0000000001 градуса Кельвина, путем охлаждения ядерных спинов в куске металла родий.
• В ноябре 2000, ядерный спин температуры ниже 100 пК были зарегистрированы в эксперименте в лаборатории низких температур Хельсинкского технологического университета в Эспоо, Финляндия. Однако это была температура одной конкретной степени свободы — квантового свойства, называемого ядерным спином, а не общая средняя термодинамическая температура для всех возможных степеней свободы..
• В феврале 2003 г. наблюдалось, что туманность Бумеранг выделяет газы со скоростью 500 000 км / ч (310 000 миль в час) в течение последних 1500 лет. Это охладило его примерно до 1 К, как было установлено астрономическими наблюдениями, что является самой низкой естественной температурой из когда-либо зарегистрированных.
• В мае 2005 года Европейское космическое агентство предложило провести исследования в космосе для достичь фемтокельвин температур.
• В мае 2006 года Институт квантовой оптики Ганноверского университета подробно рассказал о технологиях и преимуществах исследований фемтокельвина в космосе.
• В январе 2013 года физик Ульрих Шнайдер из Мюнхенского университета в Германии сообщил о достижении температур формально ниже абсолютного нуля («отрицательная температура ») в газах. Газ искусственно вытесняется из равновесия в состояние с высоким потенциалом энергии, которое, однако, остается холодным. Когда он затем испускает излучение, он приближается к равновесию и может продолжать излучать, несмотря на достижение формального абсолютного нуля; таким образом, температура формально отрицательная.
• В сентябре 2014 года ученые из коллаборации CUORE из Laboratori Nazionali del Gran Sasso в Италии охлаждали медный сосуд с помощью объем одного кубического метра до 0,006 кельвина (-273,144 ° C; -459,659 ° F) в течение 15 дней, установив рекорд самой низкой температуры в известной вселенной для такого большого непрерывного объема.
• В июне 2015 года , физики-экспериментаторы из MIT охлаждали молекулы в газе натрий-калий до температуры 500 нанокельвинов, и ожидается, что они проявят экзотическое состояние вещества, немного охладив эти молекулы.
• В 2017 г. Лаборатория холодного атома (CAL) разрабатывает экспериментальный прибор для запуска на Международную космическую станцию ​​ (МКС) в 2018 г. Прибор создаст экстремально холодные условия в микрогравитация окружающая среда МКС, приводящая к образованию конденсатов Бозе – Эйнштейна, которые на порядок холоднее, чем n те, которые созданы в лабораториях на Земле. В космической лаборатории достижимо время взаимодействия до 20 секунд и температура всего 1 пикокельвин (10–12 {\ displaystyle 10 ^ {- 12}}K), и это может привести к исследованию неизвестных квантово-механических явленийæ и проверке некоторых из самых фундаментальных законов физики.

Большой мороз

Какие ощущения может порождать абсолютный ноль? Мы знаем, как ощущается точка замерзания или снегопад. Мы вдыхаем холодный воздух, пальцы у нас немеют. В общем, нам довольно холодно. В некоторых районах Северной Америки и Сибири температура может понижаться зимой еще на 10 или 20 градусов, а на Южном полюсе достигать -70 градусов по Цельсию. Самая низкая природная температура на Земле, -89 градусов по Цельсию, или 184 по Кельвину, была зафиксирована в 1983 году на станции «Восток», находящейся в самом сердце Антарктиды.

Температура падает, и когда вы забираетесь высоко в горы или поднимаетесь на самолете. Если же выбраться в космос, там окажется еще холоднее. Но даже в самых пустых глубинах вселенной самые холодные атомы обладают температурой, на несколько градусов превышающей абсолютный ноль. Наиболее холодное место, найденное пока во вселенной, находится в туманности Бумеранг, темном облаке газа с температурой всего на один градус выше абсолютного ноля. Вне этой туманности, во всем пустом пространстве температура среды держится на довольно приятном уровне в 2,7 градуса Кельвина. Это такая теплая ванна, наполненная космическим микроволновым фоновым излучением, оставшимся со времен Большого взрыва и пронизывающим все пространство вселенной. Чтобы охладить какой-нибудь регион вселенной, его нужно оградить от этого реликтового тепла, — тогда любые атомы в нем утратят остаточную температуру. Поэтому представить себе, что температура какого-либо места во вселенной может равняться абсолютному нолю, трудновато.

Измерение

Температура — это прямое измерение тепловой энергии, то есть чем горячее объект, тем больше тепловой энергии он имеет. Тепло — это мера того, сколько тепловой энергии передается между двумя системами.
Легко повернуть механическую энергию в тепловую, например используя трение. Также можно превратить тепловую энергию в механическую с помощью теплового двигателя, но при этом всегда будет отходящее тепло.

Температура обычно наблюдается в единицах градуса Цельсия или °C (в некоторых странах используется шкала Фаренгейта); однако в научном сообществе  наблюдается в единицах Си—Кельвин или K (обратите внимание, что это K не °K). Как Кельвин, так и градусы Цельсия имеют свои преимущества и недостатки

Теория и практика

Абсолютный нуль температуры – понятие теоретическое, достичь его на практике невозможно в принципе, даже в условиях научных лабораторий с самой сложной аппаратурой. Но ученым удается охлаждать вещество до очень низких температур, которые близки к абсолютному нулю.

При таких температурах вещества приобретают удивительные свойства, которых они не могут иметь при обычных обстоятельствах. Ртуть, которую называют «живым серебром» из-за ее пребывания в состоянии, близком к жидкому, при такой температуре становится твердой – до такой степени, что ею можно забивать гвозди. Некоторые металлы становятся хрупкими, как стекло. Такой же твердой и хрупкой становится резина. Если при температуре, близкой к абсолютному нулю, ударить молотком какой-нибудь резиновый предмет, он разобьется, как стеклянный.

Такое изменение свойств тоже связано с природой теплоты. Чем выше температура физического тела, тем интенсивнее и хаотичнее двигаются молекулы. По мере снижения температуры движение становится менее интенсивным, а структура – более упорядоченной. Так газ становится жидкостью, а жидкость твердым телом. Предельный уровень упорядоченности – кристаллическая структура. При сверхнизких температурах ее приобретают даже такие вещества, которые в обычном состоянии остаются аморфными, например, резина.

Интересные явления происходят и с металлами. Атомы кристаллической решетки колеблются с меньше амплитудой, рассеяние электронов уменьшается, поэтому падает электрическое сопротивление. Металл приобретает сверхпроводимость, практическое применение которой представляется весьма заманчивым, хотя и труднодостижимым.

Тело
– это одно из основных понятий в физике, под которым подразумевается форма существования материи или вещества. Это материальный объект, который характеризуется объемом и массой, иногда также другими параметрами. Физическое тело явно отделено от других тел границей. Существует несколько особенных видов физических тел, не следует понимать их перечисление как классификацию.

В механике под физическим телом чаще всего понимается материальная точка. Это некая абстракция, главным свойством которой является факт того, что реальными размерами тела для решения конкретной задачи можно пренебречь. Иными словами, материальная точка – это вполне конкретное физическое тело, которое имеет размеры, форму и прочие подобные характеристики, но они совершенно не важны для того, чтобы решить имеющуюся задачу. К примеру, если нужно посчитать среднюю скорость объекта на определенном участке пути, с его длиной при решении задачи можно совершенно не считаться. Еще один тип физических тел, рассматриваемый механикой – это абсолютно твердое тело. Механика такого тела точно такая же, как и механика материальной точки, но дополнительно обладает и другими свойствами. Абсолютно твердое тело состоит из материальных точек, но ни расстояние между ними, ни распределение массы не меняются под нагрузками, которым подвергается тело. Это означает, что оно не может быть деформировано. Чтобы определить положение абсолютно твердого тела, достаточно задать привязанную к нему систему координат, обычно декартову. В большинстве случаев центр массы является также и центром системы координат. В природе абсолютно твердого тела не существует, но для решения многих задач такая абстракция очень удобна, хотя в релятивистской механике она не рассматривается, так как при движениях, скорость которых сравнима со скоростью света, эта модель демонстрирует внутренние противоречия. Противоположностью абсолютно твердому телу является деформируемое тело, частицы которого могут смещаться друг относительно друга. Существуют особенные типы физических тел и в других отраслях физики. Например, в термодинамике введено понятие абсолютно черного тела. Это идеальная модель, такое физическое тело, которое поглощает абсолютно все электромагнитное излучение, попадающее на него. При этом, само оно вполне может продуцировать электромагнитное излучение и иметь любой цвет. Пример объекта, который наиболее приближен по свойствам к абсолютно черному телу – это Солнце. Если взять вещества, распространенные за Земле, то можно вспомнить о саже, которая поглощает 99% излучения, попадающего на нее, кроме инфракрасного, с поглощением которого это вещество справляется гораздо хуже.

Видео по теме

Ливанова А. Низкие температуры, абсолютный нуль и квантовая механика

Что взял за 0 градусов Фаренгейт?

Есть, правда, еще шкала Реомюра, но к ней уже почти не прибегают. Немец Габриэль Фаренгейт предложил свою шкалу зимой 1709 года. За ноль он принял точку, до которой опустилась ртуть в его термометре в один очень холодный зимний день в Данциге (ныне польский Гданьск).

Как Фаренгейт придумал свою шкалу?

Фаренгейт стал членом Лондонского Королевского Общества и представил ему свою шкалу температур. Шкала была построена на основе трех опорных точек. В первоначальном варианте (который в дальнейшем был изменен) за нулевую точку он принял температуру соляного раствора (лед, вода и хлорид аммония в соотношении 1:1:1).

Как нужно измерять температуру тела с помощью термометра?

Как измерить температуру во рту

1. Помойте термометр.
2. Датчик или резервуар со ртутью нужно положить под язык и удерживать градусник губами.
3. Обычным градусником измеряйте температуру 3 минуты, электронным — столько, сколько надо по инструкции.

Кто придумал шкалу Фаренгейта?

Габриеля Фаренгейта

Как американцы измеряют температуру тела?

В США, в отличие от России, не используется Международная система единиц СИ. Поэтому расстояние там измеряют в милях, вес — в фунтах, а температуру – в градусах по шкале Фаренгейта. Если перевести нормальную температуру тела, измеренную в градусах Цельсия (36.6°), в градусы Фаренгейта, то получится 98.6°.

Когда останавливаются молекулы и атомы?

В классическом рассмотрении вопроса при абсолютном нуле останавливается все, но именно в этот момент из-за угла выглядывает страшная морда квантовой механики. Одним из предсказаний квантовой механики, которое попортило кровь немалому количеству физиков, является то, что вы никогда не можете измерить точное положение или импульс частицы с совершенной определенностью. Это известно как принцип неопределенности Гейзенберга.

Если бы вы могли охладить герметичную комнату до абсолютного нуля, произошли бы странные вещи (об этом чуть позже). Давление воздуха упало бы практически до нуля, и поскольку давление воздуха обычно противостоит гравитации, воздух сколлапсирует в очень тонкий слой на полу.

Но даже в этом случае, если вы сможете измерить отдельные молекулы, вы обнаружите кое-что любопытное: они вибрируют и вращаются, совсем немного — квантовая неопределенность в работе. Чтобы поставить точки над i: если вы измерите вращение молекул углекислого газа при абсолютном нуле, вы обнаружите, что атомы кислорода облетают углерод со скоростью несколько километров в час — куда быстрее, чем вы предполагали.

Разговор заходит в тупик. Когда мы говорим о квантовом мире, движение теряет смысл. В таких масштабах все определяется неопределенностью, поэтому не то чтобы частицы были неподвижными, вы просто никогда не сможете измерить их так, словно они неподвижны.