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물리학에서 절대 영도란 무엇인가요? 절대 영도 – (절대 영도)

절대 온도 0은 영하 섭씨 273.15도, 화씨 영하 459.67도에 해당합니다. 켈빈 온도 눈금의 경우 이 온도 자체가 영점입니다.

절대 영도의 본질

절대 영도의 개념은 온도의 본질에서 비롯됩니다. 동안 외부 환경으로 방출되는 모든 신체. 동시에 체온이 감소합니다. 에너지가 덜 남습니다. 이론적으로 이 과정은 에너지 양이 신체가 더 이상 에너지를 방출할 수 없는 최소 수준에 도달할 때까지 계속될 수 있습니다.
그러한 아이디어의 먼 선구자는 이미 M.V. Lomonosov에서 찾을 수 있습니다. 러시아의 위대한 과학자는 열을 "회전" 운동으로 설명했습니다. 결과적으로 최대 냉각 정도는 이러한 움직임을 완전히 멈추는 것입니다.

현대 개념에 따르면 절대 영도는 분자의 에너지 수준이 가장 낮은 온도입니다. 더 적은 에너지로, 즉 더 낮은 온도에서는 육체가 존재할 수 없습니다.

이론과 실습

절대 영도는 이론적인 개념입니다. 원칙적으로는 가장 정교한 장비를 갖춘 과학 실험실에서도 이를 달성하는 것이 불가능합니다. 그러나 과학자들은 절대 영도에 가까운 매우 낮은 온도까지 물질을 냉각시키는 데 성공했습니다.

이러한 온도에서 물질은 일반적인 상황에서는 가질 수 없는 놀라운 특성을 갖게 됩니다. 액체에 가까운 상태이기 때문에 "살아있는 은"이라고 불리는 수은은 이 온도에서 고체가 되어 못을 박는 데 사용할 수 있을 정도입니다. 일부 금속은 유리처럼 부서지기 쉽습니다. 고무도 그만큼 단단해집니다. 절대 영도에 가까운 온도에서 고무 물체를 망치로 치면 유리처럼 깨집니다.

이러한 특성 변화는 열의 특성과도 관련이 있습니다. 육체의 온도가 높을수록 분자의 움직임은 더욱 강렬하고 혼란스러워집니다. 온도가 낮아지면 움직임의 강도가 약해지고 구조가 더욱 정돈됩니다. 그래서 기체는 액체가 되고, 액체는 고체가 됩니다. 질서의 궁극적인 수준은 결정 구조입니다. 초저온에서는 고무와 같이 일반적으로 무정형으로 남아 있는 물질도 이를 획득합니다.

흥미로운 현상은 금속에서도 발생합니다. 결정 격자의 원자는 더 적은 진폭으로 진동하고 전자 산란이 감소하므로 전기 저항이 감소합니다. 금속은 초전도성을 획득하는데, 이를 실제로 적용하는 것은 매우 유혹적이지만 달성하기는 어렵습니다.

출처:

  • Livanova A. 저온, 절대 영도 및 양자 역학

몸– 이것은 물리학의 기본 개념 중 하나로 물질이나 물질의 존재 형태를 뜻한다. 이것은 부피와 질량, 때로는 다른 매개변수로 특징지어지는 물질적 물체입니다. 육체는 경계에 의해 다른 육체와 명확하게 구분됩니다. 몇 가지 특별한 유형의 신체가 있습니다. 해당 목록을 분류로 이해해서는 안됩니다.

역학에서 육체는 물질적 지점으로 가장 자주 이해됩니다. 이것은 일종의 추상화이며, 그 주요 속성은 특정 문제를 해결하기 위해 신체의 실제 치수를 무시할 수 있다는 사실입니다. 즉, 물질점은 치수, 형태, 기타 유사한 특성을 갖는 매우 구체적인 신체이지만 기존 문제를 해결하는 데 중요하지 않습니다. 예를 들어 경로의 특정 구간에 있는 물체의 수를 세어야 하는 경우 문제를 해결할 때 물체의 길이를 완전히 무시할 수 있습니다. 역학에서 고려하는 또 다른 유형의 물리적 몸체는 절대 강체입니다. 이러한 몸체의 메커니즘은 재료 지점의 메커니즘과 정확히 동일하지만 추가로 다른 속성도 있습니다. 절대 강체는 점으로 구성되지만, 점 사이의 거리나 질량 분포는 몸체에 가해지는 하중에 따라 변하지 않습니다. 이는 변형이 불가능하다는 것을 의미합니다. 절대적으로 강체의 위치를 ​​결정하려면 강체에 연결된 좌표계(일반적으로 데카르트)를 지정하는 것으로 충분합니다. 대부분의 경우 질량 중심은 좌표계의 중심이기도 합니다. 절대적으로 강체는 없지만 많은 문제를 해결하기 위해 이러한 추상화는 매우 편리합니다. 그러나 상대론적 역학에서는 고려되지 않습니다. 속도가 빛의 속도와 비슷한 움직임의 경우 이 모델은 내부 모순을 보여주기 때문입니다. 절대 강체의 반대는 변형 가능한 몸체입니다.

우리 우주에서 가장 추운 곳은 어디라고 생각하시나요? 오늘은 지구입니다. 예를 들어, 달의 표면 온도는 섭씨 -227도이고, 우리를 둘러싸고 있는 진공의 온도는 영하 265도입니다. 그러나 지구상의 실험실에서는 초저온에서 물질의 특성을 연구하기 위해 훨씬 더 낮은 온도에 도달할 수 있습니다. 극심한 냉각을 받은 물질, 개별 원자, 심지어 빛조차도 특이한 특성을 나타내기 시작합니다.

이런 종류의 첫 번째 실험은 20세기 초 초저온에서 수은의 전기적 특성을 연구하던 물리학자들에 의해 수행되었습니다. 섭씨 -262도에서 수은은 초전도 특성을 나타내기 시작하여 전류에 대한 저항을 거의 0으로 줄입니다. 추가 실험에서는 고체 칸막이와 밀폐 용기를 통한 물질의 "누출"로 표현되는 초유동성을 포함하여 냉각된 물질의 다른 흥미로운 특성도 밝혀졌습니다.

과학은 달성 가능한 최저 온도(섭씨 영하 273.15도)를 결정했지만 실제로 그러한 온도는 달성할 수 없습니다. 실제로 온도는 물체에 포함된 에너지를 대략적으로 측정한 것이므로 절대 영도는 물체가 아무 것도 방출하지 않으며 해당 물체에서 에너지를 추출할 수 없음을 나타냅니다. 그러나 그럼에도 불구하고 과학자들은 절대온도 0도에 최대한 가까워지려고 노력하고 있습니다. 현재 기록은 2003년 매사추세츠 공과대학 실험실에서 세워졌습니다. 과학자들은 절대 영도보다 8100억분의 1도 부족합니다. 그들은 강력한 자기장에 의해 고정된 나트륨 원자 구름을 냉각시켰습니다.

그것은 보일 것입니다 - 그러한 실험의 실제적인 의미는 무엇입니까? 연구자들은 가스, 고체 또는 액체가 아니라 단순히 동일한 양자 상태를 가진 원자 구름과 같은 특별한 물질 상태인 보스-아인슈타인 응축물과 같은 개념에 관심이 있는 것으로 나타났습니다. 이러한 형태의 물질은 1925년 아인슈타인과 인도의 물리학자 사티엔드라 보스(Satyendra Bose)에 의해 예측되었고 불과 70년 후에야 얻어졌습니다. 이러한 물질 상태를 달성한 과학자 중 한 명은 발견으로 노벨 물리학상을 받은 볼프강 케테를레(Wolfgang Ketterle)입니다.

보스-아인슈타인 응축물(BEC)의 놀라운 특성 중 하나는 광선의 이동을 제어하는 ​​능력입니다. 진공 상태에서 빛은 초당 300,000km의 속도로 이동하며, 이는 우주에서 달성할 수 있는 최대 속도입니다. 그러나 빛은 진공 상태가 아닌 물질을 통과하여 이동하면 더 느리게 이동할 수 있습니다. KBE의 도움으로 빛의 움직임을 저속으로 늦추거나 멈출 수도 있습니다. 응축수의 온도와 밀도로 인해 빛 방출이 느려지고 "포획"되어 전류로 직접 변환될 수 있습니다. 이 전류는 다른 CBE 구름으로 전송되어 다시 빛 복사로 변환될 수 있습니다. 이 기능은 통신 및 컴퓨팅 분야에서 수요가 높습니다. 여기서는 조금 이해가 되지 않습니다. 결국 광파를 전기로 변환하거나 그 반대로 변환하는 장치가 이미 존재합니다... 분명히 CBE를 사용하면 이 변환을 더 빠르고 정확하게 수행할 수 있습니다.

과학자들이 절대 영도를 얻기 위해 그토록 열망하는 이유 중 하나는 우리 우주에서 무슨 일이 일어나고 있는지, 어떤 열역학적 법칙이 적용되는지 이해하려는 시도입니다. 동시에 연구자들은 원자에서 마지막까지 모든 에너지를 추출하는 것이 사실상 불가능하다는 것을 이해합니다.

절대 영도

절대 영도- 이것은 신체가 가질 수 있는 최소 온도 한계입니다. 절대 영도는 켈빈 척도와 같은 절대 온도 척도의 원점 역할을 합니다. 섭씨 단위에서 절대 영도는 −273.15 °C의 온도에 해당합니다.

실제로 절대 영도는 달성할 수 없는 것으로 여겨집니다. 온도 규모에서의 그것의 존재와 위치는 관찰된 물리적 현상의 외삽으로부터 따르며, 그러한 외삽은 절대 영도에서 물질의 분자와 원자의 열 운동 에너지가 0, 즉 입자의 혼란스러운 움직임과 같아야 함을 보여줍니다 멈추고, 그들은 결정 격자의 노드에서 명확한 위치를 차지하면서 질서 있는 구조를 형성합니다. 그러나 실제로는 절대 영도에서도 물질을 구성하는 입자의 규칙적인 움직임은 그대로 유지됩니다. 영점 진동과 같은 나머지 진동은 입자의 양자 특성과 입자를 둘러싼 물리적 진공으로 인해 발생합니다.

현재, 물리 실험실에서는 단지 수백만 분의 1도 정도만 절대 영도를 초과하는 온도를 얻는 것이 가능합니다. 열역학 법칙에 따르면 그것을 달성하는 것은 불가능합니다.

노트

문학

  • G. Burmin. 절대 영도에 대한 공격. - M.: “아동문학”, 1983.

또한보십시오

위키미디어 재단. 2010.

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  • 절대 영도

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    절대 온도 규모

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"온도"라는 용어는 물리학자들이 따뜻한 물체가 동일한 물체이지만 차가운 물체보다 더 많은 특정 물질(칼로리)로 구성되어 있다고 생각했을 때 나타났습니다. 그리고 체온은 체내의 칼로리 양에 해당하는 값으로 해석되었습니다. 그 이후로 모든 신체의 온도는 도 단위로 측정되었습니다. 그러나 실제로 이는 움직이는 분자의 운동 에너지를 측정한 것이며 이를 기반으로 단위 C 시스템에 따라 줄 단위로 측정해야 합니다.

'절대 영도'라는 개념은 열역학 제2법칙에서 유래합니다. 이에 따르면 차가운 물체에서 뜨거운 물체로 열이 전달되는 과정은 불가능합니다. 이 개념은 영국 물리학자 W. Thomson에 의해 소개되었습니다. 물리학에서의 업적으로 그는 귀족 "Lord"라는 칭호와 "Baron Kelvin"이라는 칭호를 받았습니다. 1848년에 W. Thomson(Kelvin)은 극한의 추위에 해당하는 절대 영도를 출발점으로 하고 섭씨 온도를 나누기 값으로 사용하는 온도 척도를 사용할 것을 제안했습니다. 켈빈 단위는 물의 삼중점 온도(약 0°C)의 1/27316입니다. 순수한 물이 얼음, 액체 물, 증기의 세 가지 형태로 즉시 존재하는 온도입니다. 온도는 분자의 움직임이 멈추고 더 이상 물질로부터 열 에너지를 추출할 수 없는 가장 낮은 저온입니다. 그 이후로 절대 온도 척도는 그의 이름을 따서 명명되었습니다.

온도는 다양한 규모로 측정됩니다.

가장 일반적으로 사용되는 온도 단위는 섭씨 단위입니다. 이는 물이 액체에서 증기로, 물에서 얼음으로 상전이되는 온도라는 두 가지 점을 기반으로 합니다. A. 1742년 셀시우스(Celsius)는 기준점 사이의 거리를 100등분하여 물을 0으로, 어는점을 100도로 삼을 것을 제안했습니다. 그러나 스웨덴 K. ​​Linnaeus는 그 반대를 제안했습니다. 그 이후로 물은 섭씨 0도에서 얼었습니다. 정확히 섭씨에서 끓여야하지만. 절대 영도는 섭씨 영하 273.16도에 해당합니다.

Fahrenheit, Reaumur, Rankin, Newton, Roemer와 같은 몇 가지 온도 척도가 더 있습니다. 분할 가격이 다릅니다. 예를 들어, 로뮈르 척도(Reaumur scale) 역시 물이 끓고 어는 기준점을 기반으로 만들어졌지만 80개 구간으로 이루어져 있습니다. 1724년에 등장한 화씨 눈금은 미국을 포함한 세계 일부 국가에서만 일상생활에서 사용됩니다. 하나는 물얼음과 암모니아가 섞인 온도이고, 다른 하나는 인체의 온도이다. 규모는 100개로 나누어져 있습니다. 섭씨 0도는 32에 해당합니다. 화씨로의 변환은 다음 공식을 사용하여 수행할 수 있습니다: F = 1.8 C + 32. 역 변환: C = (F - 32)/1.8, 여기서: F - 화씨, C - 섭씨. 계산하기가 너무 게으른 경우 섭씨를 화씨로 변환하는 온라인 서비스로 이동하세요. 상자에 섭씨 온도를 입력하고 "계산"을 클릭한 다음 "화씨"를 선택하고 "시작"을 클릭하십시오. 결과가 즉시 나타납니다.

켈빈과 동시대 사람이자 기술적 열역학의 창시자 중 한 명인 영국(더 정확하게는 스코틀랜드) 물리학자 William J. Rankin의 이름을 따서 명명되었습니다. 그의 척도에는 세 가지 중요한 점이 있습니다. 시작은 절대 영도, 물의 어는점은 랭킨 491.67도, 물의 끓는점은 671.67도입니다. 랭킨과 화씨 모두 물이 어는 것과 끓는 것 사이의 구분 수는 180입니다.

이러한 척도의 대부분은 물리학자들에 의해서만 사용됩니다. 그리고 오늘 조사에 참여한 미국 고등학생 중 40%는 절대 영도가 무엇인지 모른다고 답했습니다.

> 절대 영도

그것이 무엇과 같은지 알아보세요 절대 영도그리고 엔트로피의 가치. 섭씨와 켈빈 단위로 절대 영도의 온도가 무엇인지 알아보세요.

절대 영도– 최저 온도. 엔트로피가 가장 낮은 값에 도달하는 지점입니다.

학습 목표

  • 절대 영도가 영점을 나타내는 자연스러운 지표인 이유를 이해합니다.

주요 요점

  • 절대 영도는 보편적입니다. 즉, 이 표시기에서는 모든 물질이 바닥 상태에 있습니다.
  • K는 양자역학적으로 에너지가 0입니다. 그러나 해석상 운동에너지는 0이 될 수 있고, 열에너지는 사라진다.
  • 실험실 조건에서 가장 낮은 온도는 10-12K에 도달했습니다. 최소 자연 온도는 1K(부메랑 성운의 가스 팽창)였습니다.

자귀

  • 엔트로피는 시스템에 에너지가 얼마나 균일하게 분포되어 있는지를 나타내는 척도입니다.
  • 열역학은 열과 에너지 및 일과의 관계를 연구하는 과학의 한 분야입니다.

절대 영도는 엔트로피가 가장 낮은 값에 도달하는 최소 온도입니다. 즉, 이는 시스템에서 관찰할 수 있는 가장 작은 지표입니다. 이는 보편적인 개념이며 온도 단위 시스템에서 영점 역할을 합니다.

부피가 일정한 다양한 가스에 대한 압력 대 온도 그래프입니다. 모든 그래프는 한 온도에서 압력이 0인 것으로 추정됩니다.

절대 영도에 있는 시스템에는 여전히 양자 역학적 영점 에너지가 부여됩니다. 불확정성 원리에 따르면 입자의 위치는 절대적인 정확도로 결정될 수 없습니다. 입자가 절대 영도에서 변위되는 경우에도 여전히 최소 에너지 보유량을 갖습니다. 그러나 고전 열역학에서는 운동에너지가 0이 될 수 있고 열에너지는 사라진다.

켈빈과 같은 열역학 척도의 영점은 절대 영도와 같습니다. 국제 협약에 따르면 절대 영도는 켈빈 온도로 0K, 섭씨 온도로 -273.15°C에 이릅니다. 이 물질은 초전도성 및 초유동성과 같은 최소 온도에서 양자 효과를 나타냅니다. 실험실 조건의 최저 온도는 10-12K, 자연 환경에서는 1K(부메랑 성운에서 가스의 급속 팽창)였습니다.

가스의 급속한 팽창으로 관측된 최저 온도가 발생함

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