Absoluut nul: de geschiedenis van de ontdekking en de hoofdtoepassing

Het fysieke concept van 'absolute nul temperatuur' is zeer belangrijk voor de moderne wetenschap: het is nauw verbonden met een dergelijk concept als supergeleidend vermogen, waarvan de ontdekking een echte furor in de tweede helft van de twintigste eeuw heeft gemaakt.

Om te begrijpen wat absoluut nul is, moet men zich bezig houden met de werken van zulke beroemde natuurkundigen als G. Fahrenheit, A. Celsius, J. Gay-Lussac en W. Thomson. Ze speelden een sleutelrol bij het creëren van de basis temperatuurschalen die tot nu toe zijn gebruikt.

De eerste temperatuurschaal die in 1714 door de Duitse fysicus G. Fahrenheit werd voorgesteld. Tegelijkertijd werd voor absoluut nul, dat wil zeggen voor het laagste punt van deze schaal, de temperatuur van het mengsel genomen, waaronder sneeuw en ammoniak. De volgende belangrijke indicator was de normale menselijke lichaamstemperatuur, die gelijk werd aan 1000. Bijgevolg werd elke verdeling van deze schaal "Fahrenheit" genoemd, en de schaal zelf - "Fahrenheit scales".

Na 30 jaar stelde de Zweedse astronoom A. Celsius zijn temperatuurschaal voor, waarbij de belangrijkste punten de temperatuur van het smelten van ijs en het kookpunt van water waren. Deze schaal heet de "Celsius-schaal", het is nog steeds populair in de meeste landen van de wereld, ook in Rusland.

In 1802 heeft de Franse wetenschapper G. Gay-Lussac ontdekt dat het volume van de gasmassa bij constante druk direct afhankelijk is van de temperatuur. Maar het meest merkwaardige was dat wanneer de temperatuur met 10 graden Celsius werd veranderd, het volume gas verhoogd of verlaagd werd met dezelfde hoeveelheid. Na de nodige berekeningen heeft Gay-Lussac vastgesteld dat deze waarde 1/273 van het gasvolume was bij een temperatuur gelijk aan 0С.

Uit deze wet volgde de afwachtende conclusie: een temperatuur gelijk aan -2730, is de laagste temperatuur, zelfs naar welke nauwkeurigheid, het is onmogelijk om het te bereiken. Het was deze temperatuur die de "absolute nul temperatuur" werd genoemd.

Bovendien werd absolute nul het beginpunt voor het creëren van een schaal van absolute temperatuur, waarbij de actieve deelname de engelse fysicus W. Thomson, ook wel Lord Kelvin, nam.

Zijn hoofdonderzoek betrof het bewijs dat geen lichaam in de natuur onder absolute nul kan worden afgekoeld. Bovendien heeft hij de tweede wet van thermodynamica actief gebruikt , waardoor de absolute temperatuurschaal die hij in 1848 introduceerde, bekend werd als de thermodynamische of "Kelvin-schaal".

In de daaropvolgende jaren en decennia is er slechts een numerieke verfijning van het begrip "absolute nul" opgetreden, die na talloze goedkeuringen gelijk werd geacht aan -273.150.

Het is ook opmerkelijk dat absolute nul een zeer belangrijke rol speelt in het SI-systeem. Het ding is dat in 1960 bij de volgende Algemene Conferentie over Gewichten en Maatregelen de eenheid van thermodynamische temperatuur - de kelvin - een van de zes basiseenheden van de meting werd. Er werd speciaal gesteld dat één graad van Kelvin numeriek gelijk is aan een graad van Celsius, alleen hier wordt het referentiepunt "volgens Kelvin" geacht absoluut nul te zijn, dat is -273,150і.

De fundamentele fysieke betekenis van absolute nul is dat volgens de basis fysieke wetten bij zo'n temperatuur de energie van de beweging van elementaire deeltjes, zoals atomen en moleculen, nul is en in dit geval moet elke chaotische beweging van deze zelfde deeltjes ophouden. Bij een temperatuur gelijk aan absolute nul moeten atomen en moleculen een duidelijke positie nemen bij de hoofdpunten van het kristalrooster, waarbij een besteld systeem wordt gevormd.

Op dit moment, door gebruik te maken van speciale apparatuur, waren wetenschappers in staat om een temperatuur van slechts een paar miljoenste delen van een fractie te bereiken die het absolute nul overschrijdt. Het is fysiek onmogelijk om dezelfde waarde te bereiken door de tweede wet van thermodynamica zoals hierboven beschreven.