维基天文 >>所属分类 >> 天体物理学   

绝对零度

标签: 温度

顶[1] 发表评论(0) 编辑词条

(图)绝对零度
绝对零度
绝对零度也就是-273.15℃,没有一个地方有这个温度,人类也不可能制造出来这个温度,只能无限的接近。在这温度下物体没有热能。理论上的最低温度,把-273.15℃定作热力学温标(绝对温标)的零度,叫做绝对零度。

目录

[显示全部]

说明编辑本段回目录

(图)绝对零度
科学家发现宇宙极寒区接近绝对零度
①在中学阶段,对于热力学温标和摄氏温标间的换算,是取近似值T(K)=t(℃) 273。实际上,如以水的冰 点为标准,绝对零度应比它低273.15℃所以精确的换算关系应该是T(K)=t(℃) 273.15。

②绝对零度是根据理想气体所遵循的规律,用外推的方法得到的。用这样的方法,当温度降低到-273.15℃时,气体的体积将减小到零。如果从分子运动论的观点出发,理想气体分子的平均平动动能由温度T确定,那么也可以把绝对零度说成是“理想气体分子停止运动时的温度”。

以上两种说法都只是一种理想的推理。事实上一切实际气体在温度接近-273.15℃时,将表现出明显的量子特性,这时气体早已变成液态或固态。总之,气体分子的运动已不再遵循经典物理的热力学统计规律。通过大量实验以及经过量子力学修正后的理论导出,在接近绝对零度的地方,分子的动能趋于一个固定值,这个极值被叫做零点能量。这说明绝对零度时,分子的能量并不为零,而是具有一个很小的数值。原因是,全部粒子都处于能量可能有的最低的状态,也就是全部粒子都处于基态

③由于水的三相点温度是0.01℃,因此绝对零度比水的三相点温度低273.16℃。绝对零度表示那样一种温度,在此温度下,构成物质的所有分子和原子均停止运动。所谓运动,系指所有空间、机械、分子以及振动等运动.还包括某些形式的电子运动,然而它并不包括量子力学概念中的“零点运动”。除非瓦解运动粒子的集聚系统,否则就不能停止这种运动。从这一定义的性质来看,绝对零度是不可能在任何实验中达到的,但目前科学家已经在实验室中达到距离绝对零度仅百万分之一摄氏度的低温。

所有这些在物质内部发生的分子和原子运动统称为“热运动”,这些运动是肉眼看不见的,但是我们会看到,它们决定了物质的大部分与温度有关的性质。 正如一条直线仅由两点连成的一样,一种温标是由两个固定的且可重复的温度来定义的。最初,在一标准大气压(760毫米水银柱,或760托)时,摄氏温标是定冰之熔点为0℃和水之沸点为100℃,绝对温标是定绝对零度为0K和冰之熔点为273K,这样,就等于有三个固定点而导致温度的不一致,因为科学家希望这两种温标的度数大小朝等,所以,每当进行关于这三点的相互关系的准确实验时,总是将其中一点的数值改变达百分之一度。

现在,除了绝对零度外,仅有一固定点获得国际承认,那就是水的“三相点”。1948年确定为273.16K,即绝对零度以上273.16度。当蒸气压等于一大气压时,水的正常冰点略低,为273.15K(=0℃=32°F),水的正常沸点为373.15K(=100℃=212°F)。这些以摄氏温标表示的固定点和其他一些次要的测温参考点(即所谓的国际实用温标)的实际值,以及在实验室中为准确地获得这些值的度量方法,均由国际权度委员会定期公布。

科学家在对绝对零度的研究中,发现了一些奇妙的现象。如本是气体(氦是自然界中最难液化的物质),在-268.9℃时变成液体,当温度持续降低时,原本装在瓶子里的液体,却轻而易举地从只有0.01毫米的缝隙中,很容易地溢到瓶外去了,继而出现了喷泉现象,液体的粘滞性也消失了。

不能达到绝对零度编辑本段回目录

(图)绝对零度
韩国绝对零度热管散热器
1848年,英国科学家威廉·汤姆逊·开尔文勋爵(1824-1907)建立了一种新的温度标度,称为绝对温标,它的量度单位称为开尔文(K)。这种标度的分度距离同摄氏温标的分度距离相同。它的零度即可能的最低温度,相当于摄氏零下273度(精确数为-273.15℃),称为绝对零度。因此,要算出绝对温度只需在摄氏温度上再加273即可。那时,人们认为温度永远不会接近于0K,但科学家却已经非常接近这一极限了。

物体的温度实际上就是原子在物体内部的运动。当我们感到一个物体比较热的时候,就意味着它的原子在快速运动:当我们感到一个物体比较冷的时候,则意味着其内部的原子运动速度较慢。我们的身体是通过热或冷来感觉这种运动的,而物理学家则是绝对温标或称开尔文温标来测量温度的。按照这种温标测量温度,绝对温度零度(0K)相当于摄氏零下273.15度(-273.15℃)被称为“绝对零度”,是自然界中可能的最低温度。在绝对零度下,原子的运动完全停止了,并且从理论上讲,气体的体积应当是零。由此,人们就会明白为什么温度不可能降到这个标度之下,为什么事实上甚至也不可能达到这个标度,而只能接近它。自然界最冷的地方不是冬季的南极,而是在星际空间的深处,那里的温度是绝对温度3度(3K),即只比绝对零度高3度。
 
这个“热度”(因为实际上我们谈到的温度总是在绝对零度之上)是作为宇宙起源的大爆炸留存至今的热度,事实上,这是证明大爆炸理论最显著有效的证据之一。在实验室中人们可以做得更好,能进一步地接近于绝对零度,从上个世纪开始,人们就已经制成了能达到3K的制冷系统,并且在10多年前,在实验室里达到的最低温度已是绝对零度之上1/4度了,后来在1995年,科罗拉多大学和美国国家标准研究所的两位物理学家爱里克·科内尔和卡尔威曼成功地使一些铷原子达到了令人难以置信的温度,即达到了绝对零度之上的十亿分之二十度(2×10^-8 K)。他们利用激光束和“磁陷阱”系统使原子的运动变慢,我们由此可以看到,热度实际上就是物质的原子运动。非常低的温度是可以达不到的,而且还要以寻求“阻止”每一单个原子运动,就像打台球一样,要使一个球停住就要用另一个球去打它。

弄明白这个道理,只要想一想下面这个事实就够了。在常温下,气体的原子以每小时1600公里的速度运动着,而在3K的温度下则是以每小时1米的速度运动着,而在20nK(2×10^-8 K)的情况下,原子运动的速度就慢得难以测量了。在20nK下还可以发现物质呈现的新状态,这在70年前就被爱因斯坦和印度物理学家玻色(1894-1974)预见了。事实上,在这样的非常温度下,物质呈现的既不是液体状态,也不是固体状态,更不是气体状态,而是聚集成唯一的“超原子”,它表现为一个单一的实体。

时间会停止编辑本段回目录

(图)绝对零度
科学家发现宇宙极寒区接近绝对零度
当在绝对温度时,时间会停止。这个问题到底是对的还是错的?至今还是有争议。正方认为(时间会停止):绝对零度在宇宙中是存在的,在宇宙的某些地方,当巨大的能量被黑洞吸走时产生绝对零度,由于时间也是一种能量形式,所以在那一刻,时间也是停止的。宇宙中有存在绝对零度的地方,甚至有低于零度的地方,那些低于零度的情况由反物质构成。也就是说我们的分子运动需要提供能量,而反物质运动则吸收能量,所以绝对零度可以达到,只不过我们没有发现,也没法发现。 正如数字有正负,电流有正负,性别有男女一样,你凭什么说就没有低于绝对零度的负温度? 科学家们都没有否认在绝对0时刻,就是时间的起源之前时空的可知性,你又凭什么断定在0度之下的温度不存在?

反方认为(时间不会停止):从哲学角度说,物质的静止和运动都是相对的,时间如果记录着物质的发展和变化的话,它记录物质的运动状态,那么可不可以记录物质的静止状态? 绝对零度下,不是一切都停止了,停止的只是物质的分子运动,所以,综上所述,绝对零度下的时间肯定还是运动的。除非这个世界里,时间不再存在。 可是如果宇宙的全部物质都是绝对零度那么时间也应该停止了吧!事实上,在绝对零度时,物体是不存在运动不存在能量的,此时物体保持了一个相对于非绝对零度物体的绝对静止状态。时间是一种能量(如前文所说),但更多时候时候它是一种形式,是存在于我们感知范围内的,因而在绝对零度时,相对时间是取决于你的认证方式的。

不可能产生火焰编辑本段回目录

(图)绝对零度
绝对零度让电子增重千倍
绝对零度是不可能产生火焰的至少人眼看不到,因为火焰自身的温度的关系物质燃烧必定要达到某种温度否则不会产生火焰现象,绝对零度是一个推出的数字,是人类不可能达到的一个最低温,乃至宇宙也没有这样的低温。

绝对零度时物体粒子的平均动能为零,就是说都不动了,所以温度不能再低了。瞬间到达绝对零度是一个非常复杂的概念 涉及到相对论的概念,火焰是物质剧烈燃烧产生的 。既然没有动能当然粒子也不会那么剧烈的运动或者说粒子处于绝对静止状态 ,也就是说不会产生燃烧现象。

一个未解之谜
寒冷地带之首:宇宙中最冷的地方—美国桑地亚国家实验室,说道宇宙中最寒冷的地方,我们还得再回到地球上。美国新墨西哥州实验室(Sandia National Lab )和哥伦比亚大学的物理学家们在《科学》杂志上发表论文,叙述他们在实验室中是如何使分子停止运动并将其准确相互碰撞的。根据物理学原理我们知道,如果想要分子停止运动,需要非常低的温度。物理学家们在实验中设法使温度达到了零下272.59摄氏度,这是所知宇宙中的最低温度。

相关词条编辑本段回目录

参考资料编辑本段回目录

附件列表


→如果您认为本词条还有待完善,请 编辑词条

上一篇光行差下一篇吸收线

词条内容仅供参考,如果您需要解决具体问题
(尤其在法律、医学等领域),建议您咨询相关领域专业人士。
1

收藏到:  

词条信息

Orion23rdy
Orion23rdy
书童
词条创建者 发短消息   

相关词条