什么叫绝对零度(绝对温度的零度是)

2022-03-13 19:09:07

绝对零度是热力学的最低温度,是粒子动能低到量子力学最低点时物质的温度。

定义背景。绝对温标来源于摄氏温标,人类在研究物体温度变化的过程中发现:各种气体在体积不变的情况下,其压力和温度成线性关系(一次函数的关系),不论什么情况,这些直线延长线的交点均在摄氏温度零下二百七十三点一五摄氏度。于是科学家们就思考,是否可以把这个交点定义为某个温标的零刻度值,这个想法得到英国科学家威廉•汤姆逊•开尔文勋爵等科学家的认可,于是把一273.15℃定义为0K。它与摄氏温标的关系是:T=t+273.15。

绝对零度的推理。绝对零度是根据理想气体所遵循的规律即理想气体状态方程pV=mRT/M,用推理(是一种非常重要的科学研究方法)方法得到的,当温度降低到-273.15℃时,气体的体积将减小到零。如果从分子动理论出发,绝对零度就是理想气体分子停止运动时的温度。事实上一切气体在温度接近-273.15℃时,将表现出明显的量子特性,这时的气体早已变成液态或固态了。

为什么要使用这个温标呢?主要是这两种温标表示物体的冷热程度是相同的,只是零刻值相差273.15而已,不影响温度的测量,在测量仪器上,绝对零度标度的分度距离同摄氏温标的分度距离相同,即物体温度升高1℃和升高1K是完全一样的,同时,0 K表示极限值记忆起来也比较方便。

绝对零度真的存在吗?从数学角度来理解,这个直线的交点是"延长线的交点",是"虚线"不存在的,好像平面镜或凸透镜所成的虚像是反射或折射光线延长线的交点一样,“虚像”也是不存在的。从物理角度来说,也是不可能的,物体的内能怎么可能为零呢?物质的温度取决于其内部原子、分子等粒子的动能,如果物体的温度下降到足够低时,分子运动几乎是停止的,分子的动能为零,这可能吗? 根据热力学第二定律,绝对零度永远无法达到,只可能无限地逼近。

如何理解“无限地逼近”?通过大量的实验以及经过量子力学的理论推导,在接近绝对零度的地方,分子动能趋于一个固定值(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,因为全部粒子都处于基态。所以,绝对零度是可能达到的最低温度,在绝对零度下,原子和分子拥有量子理论允许的最小能量。

宇宙中最冷的地方是在布莫让星云,那里的温度为零下272摄氏度,是目前所知宇宙中最寒冷的地方,科学家称为"宇宙冰盒子"。使人惊奇的是,布莫让星云的温度仍然比绝对零度摄氏度高1度多点!

科学家在对绝对零度的研究中,发现了一些奇妙的现象。氦气体是自然界中最难液化的物质,在-268.9℃时才变成液体,当温度持续降低时,装在瓶子里的液体,会轻而易举地从0.01毫米的缝隙中溢到瓶子的外面。科学家还发现在低温下许多物体具有超导磁悬浮现象(上图)。

答:绝对零度0K(-273.15℃),是目前热力学理论中的最低温度,也是一个极限温度。

处于绝对零度的物体,物体内的分子完全没有了动能和势能;因为量子力学的不确定原理,使得绝对零度不可达到。





热力学的开尔文温标定义为:绝对零度为零,单位温度定义为水的三相点(0.01℃)与绝对零度之差的1/273.16。


有了定义,我们就能方便使用开尔文温度了,在世界上,有三种温标,分别是:摄氏温度、华氏温度和开尔文温度。



绝对零度-273.15℃,是理论上的最低温度,只能无限接近,不能达到。


在2017年,科学家利用激光磁陷阱技术,在实验室制造了0.0000001K的超低温度。



但是无论如何,绝对零度都是不可达到的,因为量子力学描述空间具有真空零点能,如果粒子完全失去动能,那么粒子的动量为零,位置也固定,这是不确定原理不容许的。


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