절대영도란? 절대 영도의 물리적 의미는 무엇입니까
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동등한 것을 배우십시오 절대 영도 온도그리고 엔트로피 값. 절대 영도의 온도가 섭씨와 켈빈 눈금에 무엇인지 알아보십시오.
절대 영도– 최소 온도. 엔트로피가 가장 낮은 값에 도달하는 지점입니다.
학습 과제
- 절대 영도가 영점의 자연스러운 지표인 이유를 이해하십시오.
키 포인트
- 절대 영도는 보편적입니다. 즉, 모든 물질은 이 지표와 함께 바닥 상태에 있습니다.
- K는 양자 역학적 제로 에너지를 가지고 있습니다. 그러나 해석에서 운동 에너지는 0이 될 수 있으며 열 에너지는 사라집니다.
- 실험실 조건에서 가능한 최저 온도는 10-12K에 도달했습니다. 최소 자연 온도는 1K였습니다(부메랑 성운의 가스 팽창).
자귀
- 엔트로피는 시스템에 균일한 에너지가 어떻게 분포되어 있는지를 측정한 것입니다.
- 열역학은 열과 에너지 및 일과의 관계를 연구하는 과학의 한 분야입니다.
절대 영도는 엔트로피가 가장 낮은 값에 도달하는 최소 온도입니다. 즉, 시스템에서 관찰할 수 있는 가장 작은 지표입니다. 이것은 보편적인 개념이며 온도 단위 시스템에서 영점 역할을 합니다.
일정한 부피를 가진 다양한 기체에 대한 압력 대 온도 그래프. 모든 플롯은 한 온도에서 제로 압력으로 추정됩니다.
절대 영도에 있는 시스템에는 여전히 양자 역학적 제로 에너지가 부여됩니다. 불확정성 원리에 따르면 입자의 위치는 절대 정확도로 결정할 수 없습니다. 입자가 절대 영도에서 변위되면 여전히 최소 에너지 비축량이 있습니다. 그러나 고전 열역학에서는 운동 에너지가 0이 될 수 있으며 열 에너지는 사라집니다.
켈빈과 같은 열역학적 척도의 영점은 절대 영도와 같습니다. 절대 영도 온도는 켈빈 눈금으로는 0K, 섭씨 눈금으로는 -273.15°C에 도달한다는 국제 협약이 체결되었습니다. 최저 온도의 물질은 초전도성 및 초유동성과 같은 양자 효과를 나타냅니다. 실험실 조건에서 가장 낮은 온도는 10-12K이고 자연 환경에서는 1K입니다 (부메랑 성운에서 가스의 빠른 팽창).
기체의 급속한 팽창은 관찰된 최소 온도로 이어집니다.
이상 기체의 부피가 0이 되는 한계 온도를 절대 영도 온도로 합니다. 그러나 절대 온도 0도에서 실제 기체의 부피는 사라질 수 없습니다. 그렇다면 이 온도 제한이 의미가 있습니까?
Gay-Lussac 법칙에 따라 존재하는 제한 온도는 실제 가스의 특성을 이상적인 특성에 근접시키는 것이 실질적으로 가능하기 때문에 의미가 있습니다. 이렇게하려면 점점 더 희박한 가스를 가져와 밀도가 0이되는 경향이 있습니다. 실제로 온도가 낮아지면 그러한 가스의 부피는 0에 가까운 한계에 도달하는 경향이 있습니다.
섭씨 눈금에서 절대 영도 값을 찾아봅시다. 볼륨 동일화 V안에공식 (3.6.4)을 0으로 하고 다음을 고려합니다.
따라서 절대 영도 온도는
* 절대 영도에 대한 보다 정확한 값: -273.15 °C.
이것은 Lomonosov가 예측한 "가장 높거나 마지막 정도의 추위"인 자연의 제한적이고 가장 낮은 온도입니다.
켈빈 척도
Kelvin William (Thomson W.) (1824-1907) - 뛰어난 영국 물리학자, 열역학의 창시자 중 한 명과 가스의 분자 운동 이론.
Kelvin은 절대 온도 척도를 도입하고 열을 일로 완전히 변환할 수 없다는 형태로 열역학 제2법칙의 공식 중 하나를 제공했습니다. 그는 액체의 표면 에너지 측정을 기반으로 분자의 크기를 계산했습니다. 대서양 횡단 전신 케이블 부설과 관련하여 Kelvin은 전자기 진동 이론을 개발하고 회로의 자유 진동 기간에 대한 공식을 도출했습니다. 과학적 공로로 W. Thomson은 Lord Kelvin이라는 칭호를 받았습니다.
영국 과학자 W. Kelvin은 절대 온도 눈금을 도입했습니다. 켈빈 눈금의 0도는 절대 영도에 해당하며 이 눈금의 온도 단위는 섭씨와 같으므로 절대 온도는 티공식에 의해 섭씨 눈금의 온도와 관련이 있습니다.
(3.7.6)
그림 3.11은 비교를 위한 절대 눈금과 섭씨 눈금을 보여줍니다.
절대 온도의 SI 단위는 켈빈(K로 약칭)이라고 합니다. 따라서 섭씨 1도는 켈빈 1도와 같습니다(1 °C = 1 K).
따라서 식 (3.7.6)에 의해 정의된 절대 온도는 섭씨 온도와 실험적으로 결정된 a 값에 따른 미분량입니다. 그러나 근본적으로 중요합니다.
분자 운동 이론의 관점에서 절대 온도는 원자 또는 분자의 무작위 운동의 평균 운동 에너지와 관련이 있습니다. ~에 티 =약 분자의 열 운동이 멈춥니다. 이에 대해서는 4장에서 자세히 설명합니다.
체적 대 절대 온도
켈빈 척도를 사용하면 Gay-Lussac 법칙(3.6.4)을 더 간단한 형식으로 작성할 수 있습니다. 왜냐하면
(3.7.7)
일정한 압력에서 주어진 질량의 기체 부피는 절대 온도에 정비례합니다.
동일한 압력에서 다른 상태의 동일한 질량의 가스 부피 비율은 절대 온도 비율과 같습니다.
(3.7.8)
이상 기체의 부피(및 압력)가 사라지는 최소 가능한 온도가 있습니다. 이것은 절대 영도 온도입니다.-273 °С. 절대 영도에서 온도를 측정하는 것이 편리합니다. 이것이 절대 온도 눈금이 구축되는 방식입니다.
절대 영도 (절대 영도) - 물의 삼중점 아래 273.16K에서 시작하는 절대 온도의 시작(3상 - 얼음, 물 및 수증기의 평형점); 절대 영도에서 분자의 움직임은 멈추고 "제로" 운동 상태에 있게 됩니다. 또는: 물질이 열 에너지를 포함하지 않는 최저 온도.
절대 영도 시작절대 온도 판독. -273.16 ° С에 해당합니다. 현재 물리 실험실에서는 절대 영도를 초과하는 온도를 겨우 수백만 분의 1도밖에 얻지 못했지만 열역학 법칙에 따라 달성하는 것은 불가능합니다. 절대 영도에서 시스템은 가능한 가장 낮은 에너지를 갖는 상태(이 상태에서 원자와 분자는 "제로" 진동을 생성함)에 있고 엔트로피가 0(제로)입니다. 무질서). 절대 영도점에서 이상 기체의 부피는 0과 같아야 하며, 이 점을 결정하기 위해 실제 헬륨 기체의 부피는 일관된낮은 압력(-268.9 ° C)에서 액화될 때까지 온도를 낮추고 액화가 없을 때 가스 부피가 0이 되는 온도로 외삽합니다. 절대 온도 열역학적눈금은 켈빈 단위로 측정되며 기호 K로 표시됩니다. 순수한 열역학적눈금과 섭씨 눈금은 서로 상대적으로 간단하게 이동되며 K = °C + 273.16 ° 관계로 관련됩니다.
이야기
"온도"라는 단어는 사람들이 더 뜨거운 몸에 더 많은 양의 특수 물질이 포함되어 있다고 믿었을 때 발생했습니다. 즉, 덜 가열 된 것보다 칼로리입니다. 따라서 체온은 체질과 열량이 혼합된 강도로 인식하였다. 이러한 이유로 알코올 음료의 강도와 온도에 대한 측정 단위를 동일한 각도라고합니다.
온도가 분자의 운동 에너지라는 사실로부터 에너지 단위(즉, 줄 단위의 SI 시스템)로 측정하는 것이 가장 자연스럽다는 것이 분명합니다. 그러나 온도 측정은 분자 운동 이론이 생성되기 오래 전에 시작되었으므로 실제 저울은 온도를 기존 단위인 도 단위로 측정합니다.
켈빈 척도
열역학에서는 온도를 절대 영도(신체의 이론적으로 가능한 최소 내부 에너지에 해당하는 상태)에서 측정하는 켈빈 눈금이 사용되며, 1켈빈은 절대 영도에서 1/273.16 거리의 1/273.16과 같습니다. 물의 삼중점(얼음, 물, 물의 쌍이 평형 상태에 있는 상태. Boltzmann 상수는 켈빈을 에너지 단위로 변환하는 데 사용됩니다. 킬로켈빈, 메가켈빈, 밀리켈빈 등 유도 단위도 사용됩니다.
섭씨
일상 생활에서는 물의 어는점을 0으로하고 대기압에서 물의 끓는점을 100 °로하는 섭씨 눈금이 사용됩니다. 물의 어는점과 끓는점이 잘 정의되어 있지 않기 때문에 섭씨 눈금은 현재 켈빈 눈금으로 정의됩니다. 섭씨 눈금은 지구상에서 물이 매우 흔하고 우리의 삶이 물을 기반으로 하기 때문에 실질적으로 매우 편리합니다. 섭씨 0도는 대기의 물이 어는 것이 모든 것을 크게 변화시키기 때문에 기상학의 특별한 지점입니다.
화씨
영국, 특히 미국에서는 화씨 온도 단위를 사용합니다. 이 척도는 화씨가 살았던 도시에서 가장 추운 겨울의 온도에서 인체의 온도까지를 100도로 나눈 것입니다. 섭씨 0도는 화씨 32도이고 화씨 1도는 섭씨 5/9도입니다.
화씨 눈금의 현재 정의는 다음과 같습니다: 1도(1°F)는 물의 끓는점과 대기압에서 얼음이 녹는 차이의 1/180과 같은 온도 눈금입니다. 얼음의 녹는점은 +32 °F입니다. 화씨 눈금의 온도는 t ° С = 5/9(t ° F - 32), 1 ° F = 5/9 ° С의 비율로 섭씨 눈금(t ° С)의 온도와 관련됩니다. 1724년 G. Fahrenheit가 제안했습니다.
리오무르 척도
1730년 R. A. Reaumur가 제안한 것으로, 그는 자신이 발명한 알코올 온도계를 설명했습니다.
단위 - 온도 Réaumur(°R), 1°R은 기준점 사이의 온도 간격의 1/80과 같습니다 - 얼음이 녹는 온도(0°R)와 물이 끓는 온도(80°R)
1°R = 1.25°C.
현재 저울은 사용하지 않고 작가의 고향인 프랑스에서 가장 오랫동안 보존되어 왔습니다.
온도 눈금 비교
| 설명 | 켈빈 | 섭씨 | 화씨 | 뉴턴 | 레오뮈르 |
| 절대 영도 | −273.15 | −459.67 | −90.14 | −218.52 | |
| 화씨 혼합물의 녹는점(소금과 얼음을 같은 양으로) | 0 | −5.87 | |||
| 물의 어는점(정상 조건) | 0 | 32 | 0 | ||
| 평균 인체 온도¹ | 36.8 | 98.2 | 12.21 | ||
| 물의 끓는점(정상 조건) | 100 | 212 | 33 | ||
| 태양 표면 온도 | 5800 | 5526 | 9980 | 1823 |
정상적인 인체 온도는 36.6 °C ±0.7 °C 또는 98.2 °F ±1.3 °F입니다. 일반적으로 인용되는 98.6 °F 값은 19세기 독일 값인 37 °C의 정확한 화씨 변환입니다. 이 값은 현대적 개념의 상온 범위에 속하지 않기 때문에 과도한(잘못된) 정확도를 포함하고 있다고 할 수 있습니다. 이 표의 일부 값은 반올림되었습니다.
화씨와 섭씨 눈금의 비교
(의- 화씨 눈금, o C- 섭씨 눈금)
| 영형에프 | 영형씨 | 영형에프 | 영형씨 | 영형에프 | 영형씨 | 영형에프 | 영형씨 | |||
| -459.67 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -190 -180 -170 -160 -150 -140 -130 -120 -110 -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 -65 | -273.15 -267.8 -240.0 -212.2 -184.4 -156.7 -128.9 -123.3 -117.8 -112.2 -106.7 -101.1 -95.6 -90.0 -84.4 -78.9 -73.3 -70.6 -67.8 -65.0 -62.2 -59.4 -56.7 -53.9 | -60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 | -51.1 -48.3 -45.6 -42.8 -40.0 -37.2 -34.4 -31.7 -28.9 -28.3 -27.8 -27.2 -26.7 -26.1 -25.6 -25.0 -24.4 -23.9 -23.3 -22.8 -22.2 -21.7 -21.1 -20.6 | -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 | -20.0 -19.4 -18.9 -18.3 -17.8 -17.2 -16.7 -16.1 -15.6 -15.0 -14.4 -13.9 -13.3 -12.8 -12.2 -11.7 -11.1 -10.6 -10.0 -9.4 -8.9 -8.3 -7.8 -7.2 | 20 21 22 23 24 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 125 150 200 | -6.7 -6.1 -5.6 -5.0 -4.4 -3.9 -1.1 1.7 4.4 7.2 10.0 12.8 15.6 18.3 21.1 23.9 26.7 29.4 32.2 35.0 37.8 51.7 65.6 93.3 |
섭씨 온도를 켈빈으로 변환하려면 다음 공식을 사용하십시오. T=t+T0여기서 T는 켈빈 온도이고, t는 섭씨 온도이며, T0=273.15켈빈이다. 섭씨 온도는 켈빈과 크기가 같습니다.
절대 영도는 -273.15 °C의 온도에 해당합니다.
절대 영도는 실제로 달성할 수 없다고 믿어집니다. 온도 눈금에서의 그것의 존재와 위치는 관찰된 물리적 현상의 외삽법에 따르며, 그러한 외삽법은 절대 영도에서 물질의 분자와 원자의 열 운동 에너지가 0과 같아야 한다는 것을 보여줍니다. 입자의 무질서한 움직임이 멈추고 정돈된 구조를 형성하여 결정 격자 노드에서 명확한 위치를 차지합니다. 그러나 실제로 절대 영도에서도 물질을 구성하는 입자의 규칙적인 움직임은 유지됩니다. 영점 진동과 같은 나머지 변동은 입자의 양자 특성과 입자를 둘러싼 물리적 진공 때문입니다.
현재 물리 실험실은 절대 영도를 초과하는 온도를 겨우 수백만 분의 1도밖에 얻을 수 없었습니다. 열역학 법칙에 따르면 그것을 달성하는 것은 불가능합니다.
메모
문학
- G. 버민. 폭풍 절대 영도. -M .: "아동 문학", 1983.
또한보십시오
위키미디어 재단. 2010.
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절대영도온도- 열역학적 온도 눈금의 기원 물 아래(참조) 273.16 K(Kelvin)에 위치, 즉 273.16 ° C (섭씨)와 같습니다. 절대 영도는 자연에서 가장 낮은 온도이며 거의 도달할 수 없는 온도입니다. 위대한 폴리테크닉 백과사전
이것은 육체가 가질 수 있는 최소한의 온도 한계입니다. 절대 영도는 켈빈 눈금과 같은 절대 온도 눈금의 시작점입니다. 섭씨 눈금에서 절대 영도는 -273.15 ° C의 온도에 해당합니다. ... ... Wikipedia
절대 영도는 육체가 가질 수 있는 최소한의 온도 한계입니다. 절대 영도는 켈빈 눈금과 같은 절대 온도 눈금의 시작점입니다. 섭씨 눈금에서 절대 영도는 ... ... Wikipedia에 해당합니다.
라즈그. 소홀히 하다 하찮은, 하찮은 사람. FSRYA, 288; 방탄소년단, 24; ZS 1996, 33 ...
영- 절대 영도 … 러시아어 숙어 사전
0과 0 n., m., 사용. 비교 종종 형태학: (아니오) 무엇? 0과 0, 왜? 0과 0, (참조) 뭐? 0과 0, 뭐? 0과 0, 무엇에 대해? 약 0, 0; pl. 무엇? 0과 0, (아니) 뭐? 0과 0, 왜? 0과 0, (알겠습니다) ... ... 드미트리예프 사전
절대 영(영). 라즈그. 소홀히 하다 하찮은, 하찮은 사람. FSRYA, 288; 방탄소년단, 24; ZS 1996, 33 0까지. 1. 자그. 그들은 말한다 우주선. 철. 심한 중독에 대해. Yuganov, 471; Vakhitov 2003, 22. 2. Jarg. 음악 정확히, 완전히 ... ... 러시아어 말의 큰 사전
순수한-절대부조리 절대권력 절대무결절대무질서 절대소설 절대면제 절대지도자 절대최소 절대군주 절대도덕 절대제로 . . . . 러시아어 숙어 사전
서적
- 절대 영도, 절대 파벨. nes 인종의 미친 과학자의 모든 창조물의 수명은 매우 짧습니다. 그러나 다음 실험은 존재할 기회가 있습니다. 그에게는 앞으로 어떤 일이?...
일기예보에서 기온이 영하 정도라고 예측하면 스케이트장에 가지 말아야 합니다. 얼음이 녹을 것이기 때문입니다. 얼음이 녹는 온도는 가장 일반적인 온도 단위인 섭씨 0도입니다.
우리는 섭씨 눈금의 음의 정도를 잘 알고 있습니다.<ниже
нуля>, 추위의 정도. 지구에서 가장 낮은 온도는 남극 대륙에서 기록되었습니다: -88.3°C. 지구 밖에서는 더 낮은 온도가 가능합니다. 음력 자정에 달 표면에서는 -160°C에 도달할 수 있습니다.
그러나 임의로 낮은 온도는 어디에도 없습니다. 극저온 - 절대 영도 - 섭씨 눈금에서 - 273.16 °에 해당합니다.
절대 온도 눈금인 켈빈 눈금은 절대 영도에서 시작됩니다. 얼음은 273.16° K에서 녹고 물은 373.16° K에서 끓습니다. 따라서 K도는 C와 같습니다. 그러나 Kelvin 척도에서 모든 온도는 양수입니다.
추위의 한계가 0°K인 이유는 무엇입니까?
열은 원자와 물질 분자의 혼란스러운 움직임입니다. 물질이 냉각되면 열 에너지가 제거되고 이 경우 입자의 무작위 운동이 약해집니다. 결국 강력한 냉각으로 열<пляска>입자가 거의 완전히 멈춥니다. 원자와 분자는 절대 영도로 간주되는 온도에서 완전히 동결됩니다. 양자 역학의 원리에 따르면 절대 영도에서 정지하는 것은 입자의 열 운동이지만 입자 자체는 완전히 정지할 수 없기 때문에 동결되지 않습니다. 따라서 절대 영도에서 입자는 여전히 어떤 종류의 움직임을 유지해야 하며 이를 영이라고 합니다.
그러나 물질을 절대 영도 이하의 온도로 냉각시키는 것은 의도만큼 무의미한 생각입니다.<идти медленнее, чем стоять на месте>.
더욱이 정확한 절대 영도에 도달하는 것조차 거의 불가능합니다. 당신은 그에게만 더 가까이 갈 수 있습니다. 절대적으로 모든 열 에너지는 어떤 방법으로도 물질에서 제거할 수 없기 때문입니다. 열 에너지의 일부는 가장 깊은 냉각 동안 남아 있습니다.
그들은 어떻게 초저온에 도달합니까?
물질을 얼리는 것은 가열하는 것보다 어렵습니다. 이것은 적어도 스토브와 냉장고의 디자인 비교에서 볼 수 있습니다.
대부분의 가정용 및 산업용 냉장고에서는 금속 튜브를 통해 순환하는 특수 액체 프레온의 증발로 인해 열이 제거됩니다. 비밀은 프레온이 충분히 낮은 온도에서만 액체 상태를 유지할 수 있다는 것입니다. 냉장실에서는 챔버의 열로 인해 가열되고 끓어 증기로 변합니다. 그러나 증기는 압축기에 의해 압축되고 액화되어 증발기로 들어가 증발 프레온의 손실을 보충합니다. 에너지는 압축기를 가동하는 데 사용됩니다.
심층 냉각 장치에서 냉기 운반체는 초저온 액체-액체 헬륨입니다. 무색이고 가벼우며(물보다 8배 가벼움) 대기압에서 4.2°K, 진공에서 0.7°K에서 끓습니다. 더 낮은 온도는 헬륨의 가벼운 동위원소인 0.3°K에 의해 제공됩니다.
영구 헬륨 냉장고를 마련하는 것은 매우 어렵습니다. 연구는 액체 헬륨 수조에서 간단하게 수행됩니다. 그리고 이 가스를 액화하기 위해 물리학자들은 다른 기술을 사용합니다. 예를 들어 미리 냉각되고 압축된 헬륨은 얇은 구멍을 통해 진공 챔버로 방출되어 확장됩니다. 동시에 온도는 여전히 낮아지고 가스의 일부는 액체로 변합니다. 냉각된 가스를 팽창시키는 것뿐만 아니라 작동하게 하는 것, 즉 피스톤을 움직이는 것이 더 효율적입니다.
생성된 액체 헬륨은 특수 보온병인 Dewar 용기에 저장됩니다. 이 가장 차가운 액체(절대 영도에서 얼지 않는 유일한 액체)의 비용은 상당히 높습니다. 그럼에도 불구하고 액체 헬륨은 이제 과학뿐만 아니라 다양한 기술 장치에서도 점점 더 널리 사용되고 있습니다.
가장 낮은 온도는 다른 방식으로 달성되었습니다. 칼륨 크롬 명반과 같은 일부 염의 분자는 자력선을 따라 회전할 수 있음이 밝혀졌습니다. 이 소금은 액체 헬륨으로 1°K로 미리 냉각되고 강한 자기장에 놓입니다. 이 경우 분자는 힘의 선을 따라 회전하고 방출된 열은 액체 헬륨에 의해 제거됩니다. 그런 다음 자기장이 급격히 제거되고 분자가 다시 다른 방향으로 바뀌고 소비됩니다.
이 작업은 소금의 추가 냉각으로 이어집니다. 따라서 0.001°K의 온도를 얻었으며, 원리적으로 유사한 방법으로 다른 물질을 사용하면 더 낮은 온도를 얻을 수 있습니다.
지금까지 지구에서 얻은 최저 온도는 0.00001°K입니다.
액체 헬륨 수조에서 초저온으로 동결된 물질은 현저하게 변화합니다. 고무는 부서지기 쉽고 납은 강철처럼 단단해지고 탄력이 있으며 많은 합금이 강도를 증가시킵니다.
액체 헬륨 자체는 특이한 방식으로 작동합니다. 2.2 °K 이하의 온도에서 일반 액체에 대해 전례가 없는 특성인 초유동성을 얻습니다. 일부는 점도를 완전히 잃고 가장 좁은 슬롯을 통해 마찰 없이 흐릅니다.
이 현상은 1937년 소비에트 물리학자 Academician P. JI에 의해 발견되었습니다. Kapitsa는 Academician JI에 의해 설명되었습니다. D. 랜도.
초저온에서는 물질 행동의 양자 법칙이 눈에 띄게 영향을 미치기 시작합니다. 이러한 법칙 중 하나가 요구하는 바와 같이 에너지는 매우 한정된 부분(양자)에서만 신체에서 신체로 전달될 수 있습니다. 액체 헬륨에는 열 양자가 너무 적어서 모든 원자에 충분하지 않습니다. 열 양자가 없는 액체의 일부는 절대 영도 온도를 유지하며 원자는 무작위 열 운동에 전혀 참여하지 않으며 어떤 식으로든 용기 벽과 상호 작용하지 않습니다. 이 부분(헬륨-H라고 함)은 초유동성을 가지고 있습니다. 온도가 낮아지면 헬륨-II가 점점 더 많아지고 절대 영도에서는 모든 헬륨이 헬륨-H로 변합니다.
초유동성은 이제 매우 자세하게 연구되었으며 유용한 실용적인 응용 프로그램을 발견했습니다. 초유체의 도움으로 헬륨 동위원소를 분리할 수 있습니다.
절대 영도에 가까울수록 특정 물질의 전기적 특성에 매우 흥미로운 변화가 발생합니다.
1911년 네덜란드의 물리학자 Kamerling-Onnes는 예상치 못한 발견을 했습니다. 4.12°K의 온도에서 전기 저항이 수은에서 완전히 사라진다는 것이 밝혀졌습니다. 수성은 초전도체가 됩니다. 초전도 고리에 유도된 전류는 붕괴하지 않고 거의 영원히 흐를 수 있다.
그러한 고리 위에 초전도 공이 마치 동화에서처럼 떨어지지 않고 공중에 떠 있습니다.<гроб Магомета>, 반지와 공 사이의 자기 반발력에 의해 무거움이 보상되기 때문입니다. 결국 링의 감쇠되지 않은 전류는 자기장을 생성하고 볼에 전류를 유도하고 이와 함께 반대 방향의 자기장을 유도합니다.
수은 외에도 주석, 납, 아연 및 알루미늄은 절대 영도에 가까운 초전도성을 가지고 있습니다. 이 특성은 23가지 원소와 100가지가 넘는 합금 및 기타 화합물에서 발견되었습니다.
초전도가 나타나는 온도(임계 온도)는 0.35°K(하프늄)에서 18°K(니오븀-주석 합금)까지 상당히 넓은 범위에 있습니다.
초전도 현상은 물론이고,
유동성, 자세히 연구. 재료의 내부 구조와 외부 자기장에 대한 임계 온도의 의존성을 발견합니다. 초전도성에 대한 깊은 이론이 개발되었습니다 (소련 과학자 학자 N. N. Bogolyubov가 중요한 공헌을했습니다).
이 역설적 현상의 본질은 다시 순전히 양자적입니다. 초저온에서 전자는
초전도체는 결정 격자에 에너지를 줄 수 없는 쌍으로 연결된 입자의 시스템을 형성하고 그것을 가열하기 위해 에너지 양자를 소비합니다. 전자쌍은 다음과 같이 움직입니다.<танцуя>, 사이<прутьями решетки>- 충돌 및 에너지 전달 없이 이온을 바이패스합니다.
초전도성은 기술에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다.
예를 들어, 액체 헬륨에 담긴 초전도체 코일과 같은 초전도 솔레노이드가 실용화되고 있습니다. 전류가 유도되면 결과적으로 자기장이 임의로 오랜 시간 동안 저장될 수 있습니다. 그것은 100,000 에르스텟 이상의 거대한 가치에 도달할 수 있습니다. 미래에는 의심할 여지 없이 강력한 산업용 초전도 장치(전기 모터, 전자석 등)가 등장할 것입니다.
무선 전자 장치에서 초고감도 증폭기와 전자파 발생기가 중요한 역할을 하기 시작하며 이는 액체 헬륨이 있는 욕조에서 특히 잘 작동합니다.<шумы>장비. 전자 컴퓨팅 기술에서 저전력 초전도 스위치인 크라이오트론(Cryotrons)에 대한 밝은 미래가 약속되어 있습니다.<Пути электроники>).
그러한 장치의 작동을 더 높고 접근하기 쉬운 온도로 발전시키는 것이 얼마나 유혹적일지 상상하는 것은 어렵지 않습니다. 최근 고분자 필름 초전도체를 만들 수 있는 희망이 열렸습니다. 이러한 물질의 독특한 전기 전도성 특성은 실온에서도 초전도성을 유지할 수 있는 훌륭한 기회를 약속합니다. 과학자들은 이 희망을 실현할 방법을 끈질기게 찾고 있습니다.
이제 세상에서 가장 뜨거운 영역인 별의 내부를 살펴보겠습니다. 기온이 수백만도에 이르는 곳.
별의 무질서한 열 운동은 너무 강해서 전체 원자가 거기에 존재할 수 없습니다. 수많은 충돌로 파괴됩니다.
따라서 매우 강하게 가열된 물질은 고체, 액체 또는 기체가 될 수 없습니다. 플라즈마 상태, 즉 전하를 띤 혼합물<осколков>원자 - 원자핵과 전자.
플라즈마는 일종의 물질 상태입니다. 입자는 전하를 띠기 때문에 전기력과 자기력에 민감하게 반응합니다. 따라서 두 개의 원자핵(양전하를 띤다)의 근접성은 드문 현상이다. 밀도가 높고 엄청난 온도에서만 서로 충돌하는 원자핵이 가까워질 수 있습니다. 그런 다음 별의 에너지 원인 열핵 반응이 발생합니다.
우리에게 가장 가까운 별인 태양은 주로 수소 플라즈마로 구성되어 있으며 별의 창자에서 최대 천만도까지 가열됩니다. 이러한 조건에서 빠른 수소 핵(양성자)의 근접 조우는 드물지만 발생합니다. 때때로 접근하는 양성자는 상호 작용합니다. 전기적 반발력을 극복하면 거대한 핵 인력의 힘에 빠르게 빠집니다.<падают>서로 병합합니다. 여기에서 즉각적인 재배열이 발생합니다. 두 개의 양성자 대신 중수소 (수소의 무거운 동위 원소의 핵), 양전자 및 중성미자가 나타납니다. 방출되는 에너지는 46만전자볼트(Mev)이다.
각 개별 태양 양성자는 평균 140억 년에 한 번씩 이러한 반응을 일으킬 수 있습니다. 그러나 발광체의 장에는 양성자가 너무 많아서 여기저기서 이런 드문 사건이 일어나고 우리 별은 고르고 눈부신 불꽃으로 타 오릅니다.
중수소의 합성은 태양 열핵 변환의 첫 번째 단계에 불과합니다. 갓 태어난 듀테론은 곧(평균 5.7초 후) 하나 이상의 양성자와 결합합니다. 빛 헬륨의 핵과 전자기 복사의 감마 양자가 있습니다. 5.48MeV의 에너지가 방출됩니다.
마지막으로, 평균적으로 백만년에 한 번, 두 개의 가벼운 헬륨 핵이 수렴하고 융합할 수 있습니다. 그런 다음 일반 헬륨 핵(알파 입자)이 형성되고 두 개의 양성자가 분리됩니다. 12.85MeV의 에너지가 방출됩니다.
이 삼단<конвейер>열핵 반응만이 유일한 반응은 아닙니다. 또 다른 일련의 핵 변환, 더 빠른 변환이 있습니다. 탄소와 질소의 원자핵이 (소비되지 않고) 참여합니다. 그러나 두 경우 모두 알파 입자는 수소 핵에서 합성됩니다. 비유적으로 말하면, 태양 수소 플라즈마<сгорает>, 로 바뀌다<золу>- 헬륨 플라즈마. 그리고 각 그램의 헬륨 플라즈마 합성 과정에서 175,000kWh의 에너지가 방출됩니다. 많은 양!
매초 태양은 4,1033에르그의 에너지를 방출하고 4,1012g(4백만 톤)의 물질을 잃습니다. 그러나 태양의 총질량은 21027톤이다.<худеет>질량의 천만분의 1에 불과합니다. 이 수치는 열핵 반응의 효율성과 태양 에너지의 엄청난 발열량을 설득력 있게 보여줍니다.<горючего>- 수소.
열핵융합은 모든 별의 주요 에너지원인 것 같습니다. 별 내부의 온도와 밀도가 다르면 다양한 유형의 반응이 일어납니다. 특히, 태양광<зола>- 헬륨 핵 - 1억도에서 열핵 자체가 됨<горючим>. 그런 다음 더 무거운 원자핵인 탄소와 심지어 산소까지 알파 입자에서 합성할 수 있습니다.
많은 과학자들에 따르면, 전체 메타은하 전체는 10억 도의 온도에서 발생한 열핵융합의 열매이기도 합니다.<Вселенная вчера, сегодня и завтра>).
열핵의 놀라운 칼로리 함량<горючего>과학자들은 핵융합 반응의 인공 구현을 추구했습니다.
<Горючего>우리 행성에는 많은 수소 동위 원소가 있습니다. 예를 들어, 초중수소 삼중수소는 원자로의 리튬 금속에서 얻을 수 있습니다. 그리고 중수소-중수소는 일반 물에서 추출할 수 있는 중수의 일부입니다.
두 잔의 일반 물에서 추출한 중수소는 핵융합로에서 현재 고급 휘발유 한 통을 태우는 것과 같은 양의 에너지를 제공합니다.
어려움은 예열에 있습니다<горючее>강력한 열핵 화재로 발화할 수 있는 온도까지.
이 문제는 수소폭탄에서 처음 해결되었습니다. 그곳의 수소 동위 원소는 원자 폭탄의 폭발에 의해 불이 붙는데, 이는 물질을 수천만 도까지 가열하는 것을 동반합니다. 수소폭탄의 한 버전에서 열핵 연료는 가벼운 리튬을 가진 중수소의 화합물입니다. 식탁용 소금과 비슷한 이 하얀 가루는<воспламеняясь>~에서<спички>원자폭탄인 는 순간적으로 폭발하여 수억 도의 온도를 생성합니다.
평화로운 열핵 반응을 시작하기 위해서는 먼저 원자 폭탄의 도움 없이 소량의 충분히 밀도가 높은 수소 동위원소 플라즈마를 수억 도의 온도로 가열하는 방법을 배워야 합니다. 이 문제는 현대 응용 물리학에서 가장 어려운 문제 중 하나입니다. 전 세계의 과학자들이 수년 동안 연구해 왔습니다.
우리는 이미 몸을 가열하는 것은 입자의 혼돈 운동이며 무작위 운동의 평균 에너지는 온도에 해당한다고 말했습니다. 차가운 몸을 데운다는 것은 어떤 식으로든 이 장애를 만드는 것을 의미합니다.
두 그룹의 주자가 서로를 향해 빠르게 돌진하고 있다고 상상해보십시오. 그래서 그들은 충돌하고 섞이고 군중이 시작되고 혼란스러워졌습니다. 큰 혼란!
거의 같은 방식으로 물리학 자들은 처음에 고압 가스 제트를 밀어서 고온을 얻으려고했습니다. 가스는 최대 10,000도까지 가열되었습니다. 한때 그것은 기록이었습니다. 온도는 태양 표면보다 높습니다.
그러나이 방법을 사용하면 열 장애가 모든 방향으로 즉시 퍼져 실험 챔버의 벽과 환경을 데우기 때문에 가스의 다소 느리고 비 폭발적인 가열이 불가능합니다. 생성된 열은 빠르게 시스템을 떠나며 이를 격리하는 것은 불가능합니다.
가스 제트가 플라즈마 흐름으로 대체되면 단열 문제는 여전히 매우 어렵지만 그 해결책에 대한 희망도 있습니다.
사실, 플라스마는 가장 내화성이 높은 물질로 만들어진 용기에 의한 열 손실로부터 보호될 수 없습니다. 단단한 벽과 접촉하면 뜨거운 플라즈마가 즉시 냉각됩니다. 다른 한편으로, 챔버의 벽에 닿지 않고 아무 것도 건드리지 않고 빈 공간에 매달려 있도록 진공 상태에서 플라즈마 축적을 생성하여 플라즈마를 유지하고 가열하려고 할 수 있습니다. 여기서 플라즈마 입자는 가스 원자와 같이 중성이 아니라 전하를 띤다는 사실을 이용해야 합니다. 따라서 운동 중에는 자기력의 영향을 받습니다. 문제가 발생합니다. 뜨거운 플라즈마가 보이지 않는 벽이있는 가방처럼 매달려있는 특수 구성의 자기장을 배열하는 것입니다.
이러한 전기장의 가장 단순한 형태는 강한 전류 펄스가 플라즈마를 통과할 때 자동으로 생성됩니다. 이 경우 필라멘트를 압축하려는 경향이 있는 플라즈마 필라멘트 주변에 자기력이 유도됩니다. 플라즈마는 방전관의 벽에서 분리되고 온도는 필라멘트의 축 근처에서 200만도까지 올라갑니다.
우리나라에서는 이미 1950년에 Academicians JI의 지도 하에 그러한 실험이 수행되었습니다. A. Artsimovich 및 M.A. Leontovich.
실험의 또 다른 방향은 현재 학자인 소련의 물리학자 G. I. Budker가 1952년에 제안한 자기 병의 사용입니다. 자기 병은 코르크 트론에 배치됩니다. 외부 와인딩이 장착 된 원통형 진공 챔버로 챔버 끝에서 두꺼워집니다. 권선을 통해 흐르는 전류는 챔버에 자기장을 생성합니다. 중간 부분의 힘선은 실린더의 모선과 평행하며 끝에서 압축되어 자기 플러그를 형성합니다. 자기 병에 주입된 플라즈마 입자는 힘의 선 주위를 휘감고 코르크에서 반사됩니다. 결과적으로 플라즈마는 일정 시간 동안 병 내부에 유지됩니다. 병에 도입된 플라즈마 입자의 에너지가 충분히 높고 충분하면 복잡한 힘 상호 작용에 들어가고 처음에 정렬된 움직임이 얽히고 무질서해집니다. 수소 핵의 온도가 수천만도까지 상승합니다. .
추가 가열은 전자기에 의해 이루어집니다.<ударами>플라즈마, 자기장 압축 등에 의해. 이제 중수소 핵의 플라즈마는 수억도까지 가열됩니다. 사실 이것은 짧은 시간 동안 또는 낮은 플라즈마 밀도에서 수행될 수 있습니다.
자체 지속 반응을 일으키려면 플라즈마의 온도와 밀도를 더 높일 필요가 있습니다. 이것은 달성하기 어렵습니다. 그러나 과학자들이 확신하는 것처럼 문제는 명백하게 해결할 수 있습니다.
G.B. 안필로프
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