El cero absoluto describe un sistema teórico que ni emita ni absorba energía. Es el punto en el cual las partículas tienen una energía mínima, determinado por efectos mecánicos del quántum, que se llama la energía Zero-point .

Por el acuerdo internacional, cero absoluto es definido pues exacto 0 K en la escala de Kelvin, que es una escala (absoluta) termodinámica de la temperatura, y - el °C 273.15 en la escala cent3igrada . Cero absoluto es también exacto equivalente a 0 °R en la escala (también una escala de Rankine de temperatura termodinámica), y - el °F 459.67 en la escala de Fahrenheit .

No es posible refrescar ninguna sustancia a 0 K, pero los científicos han hecho grandes adelantos en la realización de temperaturas cerca de cero absoluto, donde la materia exhibe los efectos de quántum impares tal como superconductividad y superfluidez en 2003, los investigadores en MIT alcanzaron una bajada de récord 500 PK (0.

Historia

Uno del primer para discutir la posibilidad de un " cold" absoluto; en tal escala estaba el Roberto Boyle que en sus nuevos experimentos 1665 del y frío conmovedor de las observaciones, indicado el conflicto que es el frigidum del primum del se sabe muy bien entre naturalistas, algo que afirmaba para la tierra, otras para el agua, otras para el aire, y algunas de los moderns para el nitro, pero pareciendo todo convenir eso:

Hay un cierto cuerpo u otro que están de su propio supremo frío de la naturaleza y por la participación cuyo el resto de los cuerpos obtienen esa calidad.

Límite al “grado de frío”

La pregunta si hay un límite al grado de posible frío, y, si es así donde el cero debe ser puesto, primero fue atacada por el francés Guillermo Amontons del físico en 1702, con respecto a sus mejoras en el termómetro de aire. En su instrumento las temperaturas fueron indicadas por la altura en la cual una columna del mercurio fue sostenida por cierta masa del aire, del volumen o del " spring" cuál por supuesto varió con el calor a el cual fue expuesta. Amontons por lo tanto sostuvo que el cero de su termómetro sería esa temperatura en la cual el resorte del aire en él fue reducido nada. En la escala que él utilizó el hervir-punto de agua fue marcado en +73 y el punto de fusión del hielo en 51, de modo que el cero de su escala fuera equivalente a alrededor - 240 en la escala cent3igrada.

Esta aproximación notable cercana al valor moderno - de 273.15  el °C para el cero del aire-termómetro fue mejorado más a fondo encendido por el Juan Heinrich Lamberto ( Pyrometrie, 1779), que dio el valor - 270  °C y observado que esta temperatura se pudo mirar como frío absoluto.

Los valores de esta orden para el cero absoluto, sin embargo, no fueron aceptados universal sobre este período. El Laplace y el Lavoisier, por ejemplo, en su tratado en el calor (1780), llegado los valores que se extendían a partir de 1500 a 3000 debajo del congelar-punto de agua, y pensado que en todo caso debe ser por lo menos 600 abajo, mientras que el John Dalton en su filosofía química del dio diez cálculos de este valor, y finalmente adoptaron - 3000  °C como el cero natural de la temperatura.

Trabajo de señor Kelvin

Después de que el julio J. hubiera determinado el equivalente mecánico del calor, señor Kelvin abordó la pregunta desde un punto de vista enteramente diverso, y en 1848 ideó una escala de la temperatura absoluta que era independiente de las características de cualquier sustancia particular y fue basada solamente en las leyes fundamentales de la termodinámica . Siguió de los principios en los cuales esta escala era en la cual su cero fue puesto - 273.15  construido; °C, en casi exacto el mismo punto que el cero del aire-termómetro.

Alcanzando temperaturas de registro acercar a cero absoluto

Puede ser demostrado de las leyes de la termodinámica que cero absoluto se puede nunca alcanzar artificial, aunque es posible alcanzar temperaturas cerca de él con el uso Cryocoolers . Éste es el mismo principio que se asegura que ninguna máquina pueda ser el 100% eficiente.

En las temperaturas muy bajas en la vecindad de cero absoluto, la materia exhibe muchas características inusuales incluyendo la superconductividad, la superfluidez y la condensación de Bose-Einstein. Para estudiar tales fenómenos, los científicos han trabajado para obtener temperaturas siempre más bajas.

en el septiembre de 2003, MIT anunció una temperatura fría de registro de 450  PK, o 4.5  ×  10^-10    K en un condensado de Bose-Einstein de los átomos del sodio. Esto fue realizada por el Wolfgang Ketterle y colegas en el MIT.

en fecha el febrero de 2003, la nebulosa del bumerang, con una temperatura - de 272.15 grados de cent3igrado; 1  K, es el lugar más frío conocido fuera de un laboratorio. La nebulosa está a 5000 años luz de la tierra y está en el Centaurus de la constelación.

en fecha el noviembre de 2000, temperaturas de la vuelta nuclear debajo de 100  divulgaron PK para un experimento en laboratorio baja temperatura de s de la Universidad Tecnológica Helsinki el de la '. Sin embargo, ésta era la temperatura de un grado de libertad particular - una característica del quántum llamada vuelta nuclear - no la temperatura termodinámica media total para todos los grados de libertad posibles.

en 1994, investigadores en NIST alcanzó entonces-registra temperatura fría del nK (billionths de 700 de un Kelvin).

Termodinámica cerca de cero absoluto

En las temperaturas acercar a 0  K, casi todo el movimiento molecular cesa y   del S del $\backslash \; Delta$; =  0 para cualquie proceso adibático . Las sustancias puras pueden (ideal) los cristales perfectos de la forma como $\backslash \; to$0 del T . La forma fuerte de de Planck de la tercera ley de la termodinámica indica que la entropía de un cristal perfecto desaparece en cero absoluto. Sin embargo, si el estado de la energía más baja es el degenerado (más de un microstate ), esto no puede ser verdad. El teorema de calor original del de Nernst hace la demanda más débil y menos polémica que el cambio del de la entropía para cualquier proceso isotérmico se acerca a cero como $\backslash \; to$0 del T

$\backslash \; lim\_\; \{T\; \backslash \; a\; 0\}\; \backslash \; delta\; S\; =\; 0$

cuál implica que la entropía de un cristal perfecto se acerca simplemente a un valor constante.

El el postulado de Nernst identifica el isoterma T  =  0 como coincidente con el Adiabat S  =  0, aunque otros isotermas y adiabats sean distintos. Pues ningunos dos adiabats se intersecan, ningún otro adiabat puede intersecar el T  =  0 isotermas. Por lo tanto ningún proceso adibático iniciado en la temperatura diferente a cero puede llevar a la temperatura cero. (≈  Callen, págs. 189-190)

Una aserción incluso más fuerte es que el él es imposible por cualquier procedimiento reducir la temperatura de un sistema para poner a cero adentro un número finito de operaciones. (≈  Guggenheim, P. 157)

Un cristal perfecto es uno en el cual la estructura interna del enrejado amplía ininterrumpido en todas las direcciones. La orden perfecta se puede representar por la simetría de translación a lo largo de tres (no generalmente el ortogonal) hachas . Cada elemento del enrejado de la estructura está en su lugar apropiado, si es un solo átomo o el agrupar molecular. Para las sustancias que tienen dos (o más) formas cristalinas estables, tales como diamante y grafito para el carbón, hay una clase de " degeneracy" químico;. La pregunta sigue siendo si ambas pueden tener entropía cero en el   del T ; =  0 aunque cada uno se pide perfectamente.

Los cristales perfectos nunca ocurren en la práctica; las imperfecciones, e incluso los materiales amorfos enteros, consiguen simplemente el " in" congelado; en las bajas temperaturas, así que las transiciones a estados más estables no ocurrir.

Usar el modelo de Debye, el calor específico y la entropía de un cristal puro son proporcionales al   ^{del T ; 3}, mientras que la entalpia y el potencial químico son proporcionales al   ^{del T ; 4}. 111) estas cantidades caen hacia su   del T ; =  los valores límites 0 y el acercamiento con el ponen a cero cuestas de . Para el específico calienta por lo menos, el valor límite sí mismo es definitivamente cero, según lo confirmado por experimentos a 10  below; K. Incluso menos el modelo detallado de Einstein demuestra que esta gota curiosa en específico calienta. De hecho, todo específico calienta desaparecen en cero absoluto, no apenas ésos de cristales. Asimismo para el coeficiente de la extensión termal . Demostración de las relaciones de maxwell que las otras cantidades también desaparecen. Estos fenómenos eran inesperados.

Puesto que es la relación entre los cambios en la energía de Gibbs, la entalpia y la entropía $del$

l \ = \ delta H - T \ delta S del delta G \,

sigue que como el T disminuye, el G de Δ y acercamiento del H de Δ (siempre y cuando se limita el S de Δ). El se encuentra experimental que la mayoría de las reacciones químicas son el exotérmico y del calor del lanzamiento en la dirección ellas está encontrado para ir, hacia el equilbrium . Es decir, incluso en la temperatura ambiente el T está bajo bastante de modo que el hecho que (el G de Δ) el T, P   del _{; <  0 (generalmente) implica que   del H de Δ; <  0. (En la dirección opuesta, cada tal reacción por supuesto absorbería calor.)}

Más que esos, las cuestas del de los derivados de la temperatura del G de Δ y del H de Δ convergen y el es igual a cero en el   del T ; =  0, que asegura que el G de Δ y el H de Δ están casi igual sobre una considerable gama de temperaturas, justificando el principio empírico aproximado de Thomsen y de Berthelot, que dice que ese el estado de equilibrio a el cual un sistema procede es el que desarrolla la cantidad más grande del calor, es decir, un proceso real es el la mayoría del un exotérmico. 186-187)

Escalas de temperatura absoluta

Según lo mencionado, el absoluto o la temperatura termodinámica se mide convencionalmente en el Kelvins ( cent3igrado - grados del tamaño), y cada vez más raramente en la escala ( Fahrenheit de Rankine - los grados del tamaño). La temperatura absoluta se determina únicamente hasta un constante multiplicativo que especifique el tamaño del " degree", así que los cocientes de dos temperaturas absolutas, T ₁ del del T ₂/, están iguales en todas las escalas. La definición más transparente viene de la distribución clásica de Maxwell-Boltzmann sobre energías, o de los análogos del quántum: Estadísticas de Fermi-Dirac (las partículas del mitad-número entero hacen girar ) y estadísticas (partículas de Bose-Einstein de la vuelta del número entero), que dan los números relativos de partículas como (disminuyendo) funciones exponenciales de la energía sobre el kT . En un nivel macroscópico, una definición se puede dar en términos de eficacias del " reversible" Funcionamiento de los motores de calor entre depósitos termales más calientes y más fríos.

Temperaturas negativas

considera también:

negativo de la temperatura

Ciertos sistemas semi-aislados (por ejemplo un sistema de vueltas no-que obran recíprocamente en un campo magnético) pueden alcanzar temperaturas negativas; sin embargo, no son realmente más fríos que cero absoluto. Pueden sin embargo ser pensados en como " vibrar que T = ∞", pues la energía fluirá de un sistema negativo de la temperatura a cualquier otro sistema con temperatura positiva sobre contacto.

Ver también

style=" del
cent3igrado
Radiación de fondo cósmica de la microonda (este espacio-tiempo tiene actual una temperatura del fondo de áspero 2.7 K)
Escala de Delisle
Fahrenheit
Calor
ITS-90
Kelvin
Órdenes de la magnitud (temperatura)
Escala de Rankine
Temperatura (absoluta) termodinámica
Punto triple