非常道电视剧完整版:什么是绝对0度?

来源:百度文库 编辑:高校问答 时间:2022/12/06 11:16:28

绝对零度”

计量上的零点有时是可以任意选取的,例如,经度零度是任意确
定的。温度的零点也是一样。在摄氏温标中,将冰的熔点取作零碎度;
而在华氏温标中,零碎度则处于冰的熔点以下。这两种温标中,温度
都可以低于零度。将近18世纪末的时候,人们开始觉得热是无尽头的,
但冷似乎是有极限的。既然冷有尽头,那么,这个尽头就是一种不可
超越的“零度”,于是,开尔文引进了开氏温标。开氏温标中的零度
是不可超越的,因而叫做“绝对零度”。这是“绝对”二字的一种物
理涵义。
1787年,法国物理学家查理发现,理想气体每冷却1摄氏度,其
体积就缩小它处于0℃时体积的1/273,这就是著名的查理定律。如
果理想气体被冷却的过程一直继续下去,那么它的温度降到-273℃时,
气体的体积岂非缩小到“零”了?在物理上,体积为零意味着气体完
全消失了,这当然是不会发生的。这是“绝对”的第二种涵义。实际
情况是,当气体冷却到一定温度后它总是先变为液体,然后又在更低
的温度下变为固体。
英国物理学家开尔文把温度作为物质分子运动速度的一种表述方
式,物质越冷其分子运动就越慢,分子运动中最最慢的就是完全不运
的分子,因此也不会有比它更低的温度。于是-273℃这个温度便是
一种真正的零度。这就是绝对零度“绝对”的第三层涵义。

绝对零度 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,但已达到绝对零度以上百万分之一度内的低温。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oK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(=o℃=320°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。

为什么说现实中无法达到绝对零度 ?

绝对零度 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,但已达到绝对零度以上百万分之一度内的低温。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oK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(=o℃=320°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。

1848年,英国科学家威廉·汽姆逊·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,但今天,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动动: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(2×10-8K)。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。这了弄明白这个道理,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(2×10-8K)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。

  绝对零度(absolute zero)是热力学的最低温度,但只是理论上的下限值。热力学温标的单位是开尔文(K),绝对零度就是开尔文温度标(简称开氏温度标,记为K)定义的零点。0K约等于摄氏温标零下273.15摄氏度,也就是0开氏度,在此温度下,物体分子没有动能,但势能不为0,故此时物体内能不为0。物质的温度取决于其内原子、分子等粒子的动能。根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布,粒子动能越大,物质温度就越高。理论上,若粒子动能低到量子力学的最低点时,物质即达到绝对零度,不能再低。然而,绝对零度是不可能达到的最低温度,自然界的温度只能无限逼近。如果到达,那么一切事物都将达到运动的最低形式。因为任何空间必然存有能量和热量,也不断进行相互转换而不消失。所以绝对零度是不存在的,除非该空间自始即无任何能量热量。在绝对零度下,原子和分子拥有量子理论允许的最小能量。
  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=mrT,r=R/M),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。

绝对零度就是-273.15℃,即0开尔文。绝对零度实际上就是目前我们能探测到的宇宙最底温度。

绝对零度”

计量上的零点有时是可以任意选取的,例如,经度零度是任意确
定的。温度的零点也是一样。在摄氏温标中,将冰的熔点取作零碎度;
而在华氏温标中,零碎度则处于冰的熔点以下。这两种温标中,温度
都可以低于零度。将近18世纪末的时候,人们开始觉得热是无尽头的,
但冷似乎是有极限的。既然冷有尽头,那么,这个尽头就是一种不可
超越的“零度”,于是,开尔文引进了开氏温标。开氏温标中的零度
是不可超越的,因而叫做“绝对零度”。这是“绝对”二字的一种物
理涵义。
1787年,法国物理学家查理发现,理想气体每冷却1摄氏度,其
体积就缩小它处于0℃时体积的1/273,这就是著名的查理定律。如
果理想气体被冷却的过程一直继续下去,那么它的温度降到-273℃时,
气体的体积岂非缩小到“零”了?在物理上,体积为零意味着气体完
全消失了,这当然是不会发生的。这是“绝对”的第二种涵义。实际
情况是,当气体冷却到一定温度后它总是先变为液体,然后又在更低
的温度下变为固体。
英国物理学家开尔文把温度作为物质分子运动速度的一种表述方
式,物质越冷其分子运动就越慢,分子运动中最最慢的就是完全不运
的分子,因此也不会有比它更低的温度。于是-273℃这个温度便是
一种真正的零度。这就是绝对零度“绝对”的第三层涵义。

绝对零度 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,但已达到绝对零度以上百万分之一度内的低温。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oK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(=o℃=320°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。

热力学上的一个极限温度,是绝对温度的起点