Ce este temperatura zero absolut. Care este semnificația fizică a zeroului absolut

> zero absolut

Învață ce este egal temperatura zero absolutși valoarea entropiei. Aflați care este temperatura zero absolut pe scările Celsius și Kelvin.

Zero absolut– temperatura minima. Acesta este marcajul la care entropia atinge cea mai mică valoare.

Sarcina de invatare

• Înțelegeți de ce este zero absolut indicator natural zero puncte.

Puncte cheie

• Zero absolut este universal, adică toată materia este în starea fundamentală cu acest indicator.
• K are o energie mecanică cuantică zero. Dar în interpretare energie kinetică poate fi zero, iar termica dispare.
• Cea mai scăzută temperatură posibilă în condiții de laborator a ajuns la 10-12 K. Temperatura minimă naturală a fost de 1K (expansiunea gazelor în Nebuloasa Boomerang).

Termeni

• Entropia este o măsură a modului în care energia uniformă este distribuită într-un sistem.
• Termodinamica este o ramură a științei care studiază căldura și relația acesteia cu energia și munca.

Zero absolut este temperatura minimă la care entropia atinge cea mai mică valoare. Adică acesta este cel mai mic indicator care poate fi observat în sistem. Acesta este un concept universal și acționează ca un punct zero în sistemul de unități de temperatură.

Graficul presiunii în funcție de temperatură pentru diferite gaze cu volum constant. Rețineți că toate graficele sunt extrapolate la presiune zero la o temperatură.

Un sistem la zero absolut este încă dotat cu energie mecanică cuantică zero. Conform principiului incertitudinii, poziția particulelor nu poate fi determinată cu acuratețe absolută. Dacă o particulă este deplasată la zero absolut, atunci are totuși o rezervă minimă de energie. Dar în termodinamica clasică, energia cinetică poate fi zero, iar energia termică dispare.

zero puncte scara termodinamica, ca și Kelvin, echivalează cu zero absolut. Un acord internațional a stabilit că temperatura zero absolut atinge 0K pe scara Kelvin și -273,15°C pe scara Celsius. Substanta la temperatura minima prezinta efecte cuantice, cum ar fi supraconductivitate si superfluiditate. Cea mai scăzută temperatură în condiții de laborator a fost de 10-12 K, iar în mediul natural - 1 K (expansiunea rapidă a gazelor în Nebuloasa Boomerang).

Expansiunea rapidă a gazelor duce la temperatura minimă observată

Temperatura limită la care volumul unui gaz ideal devine zero este considerată temperatura zero absolută. Cu toate acestea, volumul gazelor reale la temperatura zero absolută nu poate dispărea. Are sens această limită de temperatură atunci?

Temperatura limită, a cărei existență decurge din legea Gay-Lussac, are sens, deoarece este practic posibil să se aproximeze proprietățile unui gaz real cu proprietățile unuia ideal. Pentru a face acest lucru, este necesar să luați un gaz din ce în ce mai rarefiat, astfel încât densitatea acestuia să tinde spre zero. Într-adevăr, odată cu scăderea temperaturii, volumul unui astfel de gaz va tinde spre limită, aproape de zero.

Să găsim valoarea zero absolut pe scara Celsius. Echivalarea volumului VV formula (3.6.4) la zero şi ţinând cont de faptul că

Prin urmare, temperatura zero absolut este

* O valoare mai precisă pentru zero absolut: -273,15 °C.

Aceasta este temperatura limită, cea mai scăzută din natură, acel „cel mai mare sau ultim grad de frig”, a cărui existență a prezis-o Lomonosov.

scara Kelvin

Kelvin William (Thomson W.) (1824-1907) - un fizician englez remarcabil, unul dintre fondatorii termodinamicii și teoriei molecular-cinetice a gazelor.

Kelvin a introdus scala de temperatură absolută și a dat una dintre formulările celei de-a doua legi a termodinamicii sub forma imposibilității conversiei complete a căldurii în muncă. El a calculat dimensiunea moleculelor pe baza măsurării energiei de suprafață a unui lichid. În legătură cu așezarea cablului telegrafic transatlantic, Kelvin a dezvoltat teoria oscilațiilor electromagnetice și a derivat o formulă pentru perioada de oscilații libere în circuit. In spate meritul stiintific W. Thomson a primit titlul de Lord Kelvin.

Omul de știință englez W. Kelvin a introdus scala temperaturii absolute. Temperatura zero pe scara Kelvin corespunde cu zero absolut, iar unitatea de temperatură de pe această scară este egală cu grade Celsius, deci temperatura absolută T este legată de temperatura pe scara Celsius prin formula

(3.7.6)

Figura 3.11 prezintă scara absolută și scara Celsius pentru comparație.

Unitatea SI a temperaturii absolute se numește kelvin (abreviat K). Prin urmare, un grad Celsius este egal cu un grad Kelvin: 1 °C = 1 K.

Astfel, temperatura absolută, prin definiție dată de formula (3.7.6), este o mărime derivată în funcție de temperatura Celsius și de valoarea determinată experimental a a. Cu toate acestea, este de o importanță fundamentală.

Din punctul de vedere al teoriei cinetice moleculare, temperatura absolută este legată de energia cinetică medie a mișcării aleatorii a atomilor sau moleculelor. La T = Despre Pentru mișcarea termică a moleculelor se oprește. Acest lucru va fi discutat mai detaliat în capitolul 4.

Volum față de temperatură absolută

Folosind scara Kelvin, legea Gay-Lussac (3.6.4) poate fi scrisă într-o formă mai simplă. Deoarece

(3.7.7)

Volumul unui gaz cu o masă dată la presiune constantă este direct proporțional cu temperatura absolută.

Rezultă că raportul dintre volumele de gaz de aceeași masă în diferite stări la aceeași presiune este egal cu raportul temperaturilor absolute:

(3.7.8)

Există o temperatură minimă posibilă la care volumul (și presiunea) unui gaz ideal dispare. Aceasta este temperatura zero absolută:-273 °С. Este convenabil să măsurați temperatura de la zero absolut. Așa se construiește scala de temperatură absolută.

Zero absolut (zero absolut) - începutul temperaturii absolute, începând de la 273,16 K sub punctul triplu al apei (punctul de echilibru a trei faze - gheață, apă și vapori de apă); la zero absolut, mișcarea moleculelor se oprește și ele sunt într-o stare de mișcări „zero”. Sau: temperatura cea mai scăzută la care o substanță nu conține energie termică.

Zero absolut start citirea temperaturii absolute. Corespunde la -273,16 ° С. În prezent, laboratoarele de fizică au reușit să obțină o temperatură care depășește zero absolut cu doar câteva milionatimi de grad, dar conform legilor termodinamicii, este imposibil de realizat. La zero absolut, sistemul ar fi într-o stare cu cea mai mică energie posibilă (în această stare, atomii și moleculele ar face vibrații „zero”) și ar avea entropie zero (zero tulburare). Volumul unui gaz ideal în punctul zero absolut trebuie să fie egal cu zero, iar pentru a determina acest punct, volumul de gaz heliu real este măsurat la consistent coborând temperatura până când se lichefiază la presiune scăzută (-268,9 ° C) și se extrapolează la temperatura la care volumul de gaz ar ajunge la zero în absența lichefierii. Temperatura absolută termodinamic Scara se măsoară în kelvin, notată cu simbolul K. Absolut termodinamic scara și scara Celsius sunt pur și simplu deplasate una față de cealaltă și sunt legate prin relația K = °C + 273,16 °.

Poveste

Cuvântul „temperatură” a apărut într-o perioadă în care oamenii credeau că corpurile mai fierbinți conțin o cantitate mai mare dintr-o substanță specială - calorică decât cele mai puțin încălzite. Prin urmare, temperatura a fost percepută ca puterea unui amestec de substanță corporală și calorică. Din acest motiv, unitățile de măsură pentru tăria băuturilor alcoolice și temperatură se numesc aceleași - grade.

Din faptul că temperatura este energia cinetică a moleculelor, este clar că este cel mai natural să o măsurăm în unități de energie (adică în sistemul SI în jouli). Cu toate acestea, măsurarea temperaturii a început cu mult înainte de crearea teoriei cinetice moleculare, astfel încât scalele practice măsoară temperatura în unități convenționale - grade.

scara Kelvin

În termodinamică se folosește scara Kelvin, în care temperatura este măsurată de la zero absolut (starea corespunzătoare energiei interne minime teoretic posibile a corpului), iar un kelvin este egal cu 1/273,16 din distanța de la zero absolut la punctul triplu al apei (starea în care gheața, apa și cuplurile de apă sunt în echilibru. Constanta Boltzmann este folosită pentru a converti kelvin în unități de energie. Se mai folosesc unități derivate: kilokelvin, megakelvin, millikelvin etc.

Celsius

În viața de zi cu zi, se folosește scala Celsius, în care punctul de îngheț al apei este luat ca 0, iar punctul de fierbere al apei la presiunea atmosferică este luat ca 100 °. Deoarece punctele de îngheț și de fierbere ale apei nu sunt bine definite, scara Celsius este definită în prezent în termeni de scara Kelvin: grade Celsius sunt egale Kelvin, zero absolut este considerat a fi -273,15 °C. Scara Celsius este practic foarte convenabilă, deoarece apa este foarte comună pe planeta noastră și viața noastră se bazează pe ea. Zero Celsius este un punct special pentru meteorologie, deoarece înghețarea apei atmosferice schimbă totul în mod semnificativ.

Fahrenheit

În Anglia, și mai ales în SUA, se folosește scala Fahrenheit. În această scară, intervalul este împărțit la 100 de grade față de temperatura iarna receîn orașul în care locuia Fahrenheit, la temperatura corpului uman. Zero grade Celsius este 32 de grade Fahrenheit, iar un grad Fahrenheit este de 5/9 grade Celsius.

Definiția actuală a scalei Fahrenheit este următoarea: este o scară de temperatură, din care 1 grad (1 °F) este egal cu 1/180 din diferența dintre punctul de fierbere al apei și topirea gheții la presiunea atmosferică, iar punctul de topire al gheții este de +32 °F. Temperatura de pe scara Fahrenheit este legată de temperatura de pe scara Celsius (t ° С) prin raportul t ° С = 5/9 (t ° F - 32), 1 ° F = 5/9 ° С. Propus de G. Fahrenheit în 1724.

Scara Reaumur

Propus în 1730 de R. A. Reaumur, care a descris termometrul cu alcool pe care l-a inventat.

Unitate - gradul Réaumur (°R), 1 °R este egal cu 1/80 din intervalul de temperatură dintre punctele de referință - temperatura gheții de topire (0 °R) și apă clocotită (80 °R)

1°R = 1,25°C.

În prezent, scara a căzut în nefolosire, s-a păstrat cel mai mult timp în Franța, în patria autorului.

Compararea scalelor de temperatură

Descriere	Kelvin	Celsius	Fahrenheit	Newton	Réaumur
Zero absolut		−273.15	−459.67	−90.14	−218.52
Punctul de topire al amestecului Fahrenheit (sare și gheață în cantități egale)			0	−5.87
Punctul de îngheț al apei (condiții normale)		0	32	0
Temperatura medie a corpului uman¹		36.8	98.2	12.21
Punctul de fierbere al apei (condiții normale)		100	212	33
Temperatura suprafeței soarelui	5800	5526	9980	1823

Temperatura normală a corpului uman este de 36,6 °C ±0,7 °C sau 98,2 °F ±1,3 °F. Valoarea de 98,6 °F este o conversie exactă în Fahrenheit a valorii germane din secolul al XIX-lea de 37 °C. Deoarece această valoare este în afara intervalului normal de temperatură pt idei moderne, putem spune că conține o precizie excesivă (incorectă). Unele valori din acest tabel au fost rotunjite.

Comparație între scalele Fahrenheit și Celsius

(de- scara Fahrenheit, o C- scara Celsius)

oF	oC		oF	oC		oF	oC		oF	oC
-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

Pentru a converti grade Celsius în kelvin, utilizați formula T=t+T0 unde T este temperatura în kelvin, t este temperatura în grade Celsius, T 0 =273,15 kelvin. Un grad Celsius este egal ca mărime cu un kelvin.

Zero absolut corespunde unei temperaturi de -273,15 °C.

Se crede că zero absolut este de neatins în practică. Existența și poziția sa pe scara temperaturii rezultă din extrapolarea fenomenelor fizice observate, în timp ce o astfel de extrapolare arată că la zero absolut, energia mișcării termice a moleculelor și atomilor unei substanțe trebuie să fie egală cu zero, adică mișcarea haotică a particulelor se oprește și formează o structură ordonată, ocupând o poziție clară în nodurile rețelei cristaline. Cu toate acestea, de fapt, chiar și la temperatura zero absolută, mișcările regulate ale particulelor care alcătuiesc materia vor rămâne. Fluctuațiile rămase, cum ar fi vibrațiile în punctul zero, se datorează proprietăților cuantice ale particulelor și vidului fizic care le înconjoară.

În prezent, laboratoarele de fizică au reușit să obțină temperaturi care depășesc zero absolut cu doar câteva milionatimi de grad; este imposibil de realizat, conform legilor termodinamicii.

Note

Literatură

• G. Burmin. Furtunică zero absolut. - M .: „Literatura pentru copii”, 1983.

Vezi si

Fundația Wikimedia. 2010 .

Vedeți ce este „zero absolut” în alte dicționare:

ZERO ABSOLUT, temperatura la care toate componentele unui sistem au cea mai mică cantitate de energie permisă de legile MECANICII CANTICE; zero pe scara de temperatură Kelvin sau 273,15°C (459,67° Fahrenheit). La temperatura asta... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

Temperaturile sunt limita minimă de temperatură pe care o poate avea un corp fizic. Zero absolut este punctul de plecare pentru o scară de temperatură absolută, cum ar fi scala Kelvin. Pe scara Celsius, zero absolut corespunde unei temperaturi de −273 ... Wikipedia

TEMPERATURA ZERO ABSOLUT- originea scalei de temperatură termodinamică; situat la 273,16 K (Kelvin) sub (vezi) apă, i.e. egal cu 273,16 ° C (Celsius). Zero absolut este cea mai scăzută temperatură din natură și aproape de neatins... Marea Enciclopedie Politehnică

Aceasta este limita minimă de temperatură pe care o poate avea un corp fizic. Zero absolut este punctul de plecare pentru o scară de temperatură absolută, cum ar fi scala Kelvin. Pe scara Celsius, zero absolut corespunde unei temperaturi de -273,15 ° C. ... ... Wikipedia

Temperatura zero absolut este limita minimă de temperatură pe care o poate avea un corp fizic. Zero absolut este punctul de plecare pentru o scară de temperatură absolută, cum ar fi scala Kelvin. Pe scara Celsius, zero absolut corespunde ... ... Wikipedia

Razg. Neglijare O persoană nesemnificativă, nesemnificativă. FSRYA, 288; BTS, 24; ZS 1996, 33...

zero- zero absolut … Dicționar de idiomuri rusești

Zero și zero n., m., folosiți. comp. adesea Morfologie: (nu) ce? zero și zero, de ce? zero și zero, (vezi) ce? zero și zero, ce? zero și zero, despre ce? aproximativ zero, zero; pl. Ce? zerouri și zerouri, (nu) ce? zerouri și zerouri, de ce? zerouri și zerouri, (văd) ...... Dicţionar Dmitrieva

Zero absolut (zero). Razg. Neglijare O persoană nesemnificativă, nesemnificativă. FSRYA, 288; BTS, 24; ZS 1996, 33 La zero. 1. Jarg. ei spun Navetă. fier. Despre intoxicație severă. Yuganov, 471; Vakhitov 2003, 22. 2. Jarg. muzică Exact, în deplină conformitate cu ...... Dicţionar mare zicale rusești

absolut- absurditate absolută autoritate absolută impecabilitate absolută dezordine absolută ficțiune absolută imunitate absolută lider absolut minim absolut monarh absolut moralitate absolută zero absolut ... ... Dicționar de idiomuri rusești

Cărți

• Zero absolut, Pavel absolut. Viața tuturor creațiilor omului de știință nebun din rasa nes este foarte scurtă. Dar următorul experiment are șansa să existe. Ce-i urmează?...

Când buletinul meteorologic prezice temperaturi în jurul zero, nu trebuie să mergeți la patinoar: gheața se va topi. Temperatura de topire a gheții este considerată zero grade Celsius - cea mai comună scară de temperatură.
Suntem bine conștienți de grade negative ale scalei Celsius - grade<ниже нуля>, grade de frig. Cea mai scăzută temperatură de pe Pământ a fost înregistrată în Antarctica: -88,3°C. În afara Pământului, sunt posibile temperaturi și mai scăzute: pe suprafața Lunii la miezul nopții lunare poate ajunge la -160°C.
Dar nicăieri nu pot fi temperaturi arbitrar scăzute. Temperatura extrem de scăzută - zero absolut - pe scara Celsius corespunde cu - 273,16 °.
Scala de temperatură absolută, scala Kelvin, provine de la zero absolut. Gheața se topește la 273,16 ° Kelvin, iar apa fierbe la 373,16 ° K. Astfel, gradul K este egal cu gradul C. Dar pe scara Kelvin, toate temperaturile sunt pozitive.
De ce este 0°K limita frigului?
Căldura este mișcarea haotică a atomilor și moleculelor de materie. Când o substanță este răcită, energia termică este luată din ea și, în acest caz, mișcarea aleatorie a particulelor slăbește. In final, cu racire puternica, termica<пляска>particulele se opresc aproape complet. Atomii și moleculele ar îngheța complet la o temperatură care este considerată zero absolut. Conform principiilor mecanicii cuantice, la zero absolut, tocmai mișcarea termică a particulelor s-ar opri, dar particulele în sine nu ar îngheța, deoarece nu pot fi complet în repaus. Astfel, la zero absolut, particulele trebuie să păstreze încă un fel de mișcare, care se numește zero.

Cu toate acestea, a răci o substanță la o temperatură sub zero absolut este o idee la fel de lipsită de sens precum, să zicem, intenția<идти медленнее, чем стоять на месте>.

Mai mult, chiar și atingerea zeroului absolut exact este, de asemenea, aproape imposibilă. Nu poți decât să te apropii de el. Pentru că absolut toată energia sa termică nu poate fi luată de la o substanță prin niciun mijloc. O parte din energia termică rămâne în timpul celei mai profunde răciri.
Cum ajung ei la temperaturi foarte scăzute?
Înghețarea unei substanțe este mai dificilă decât încălzirea acesteia. Acest lucru poate fi văzut cel puțin dintr-o comparație între designul aragazului și al frigiderului.
În majoritatea frigiderelor de uz casnic și industriale, căldura este îndepărtată datorită evaporării unui lichid special - freonul, care circulă prin tuburile metalice. Secretul este că freonul poate rămâne în stare lichidă doar la o temperatură suficient de scăzută. În camera frigorifică, datorită căldurii camerei, se încălzește și fierbe, transformându-se în abur. Dar aburul este comprimat de compresor, lichefiat și intră în evaporator, compensând pierderea freonului care se evaporă. Energia este folosită pentru a rula compresorul.
În dispozitivele de răcire profundă, purtătorul de frig este un lichid superrece - heliu lichid. Incolor, usor (de 8 ori mai usor decat apa), fierbe sub presiune atmosferica la 4,2°K, iar in vid la 0,7°K. O temperatură și mai scăzută este dată de izotopul luminos al heliului: 0,3°K.
Este destul de dificil să amenajezi un frigider cu heliu permanent. Cercetarea se realizează pur și simplu în băi de heliu lichid. Și pentru a lichefia acest gaz, fizicienii folosesc tehnici diferite. De exemplu, heliul prerăcit și comprimat este expandat prin eliberarea acestuia printr-o gaură subțire într-o cameră de vid. În același timp, temperatura încă scade și o parte din gaz se transformă într-un lichid. Este mai eficient nu numai să extindeți gazul răcit, ci și să îl faceți să funcționeze - să mutați pistonul.
Heliul lichid rezultat este depozitat în termosuri speciale - vase Dewar. Costul acestui lichid cel mai rece (singurul care nu îngheață la zero absolut) este destul de mare. Cu toate acestea, heliul lichid este acum folosit din ce în ce mai pe scară largă, nu numai în știință, ci și în diferite dispozitive tehnice.
Cele mai scăzute temperaturi au fost atinse într-un mod diferit. Se pare că moleculele unor săruri, cum ar fi alaunul de potasiu-crom, se pot roti de-a lungul liniilor de forță magnetice. Această sare este răcită preliminar cu heliu lichid la 1°K și plasată într-un câmp magnetic puternic. În acest caz, moleculele se rotesc de-a lungul liniilor de forță, iar căldura eliberată este luată de heliu lichid. Apoi câmpul magnetic este îndepărtat brusc, moleculele se întorc din nou în direcții diferite, iar

această muncă duce la răcirea în continuare a sării. Astfel, s-a obţinut o temperatură de 0,001° K. Printr-o metodă similară în principiu, folosind alte substanţe, se poate obţine o temperatură şi mai mică.
Cea mai scăzută temperatură obținută până acum pe Pământ este de 0,00001°K.

Superfluiditatea

Substanța înghețată la temperaturi ultra-scăzute în băile de heliu lichid se schimbă semnificativ. Cauciucul devine casant, plumbul devine dur ca oțelul și rezistent, multe aliaje cresc rezistența.

Heliul lichid în sine se comportă într-un mod deosebit. La temperaturi sub 2,2 °K, capătă o proprietate fără precedent pentru lichidele obișnuite - superfluiditatea: o parte își pierde complet vâscozitatea și curge fără frecare prin cele mai înguste fante.
Acest fenomen, descoperit în 1937 de fizicianul sovietic academician P. JI. Kapitsa, a fost explicat apoi de către academicianul JI. D. Landau.
Se pare că la temperaturi ultra-scăzute, legile cuantice ale comportamentului materiei încep să afecteze în mod vizibil. Așa cum cere una dintre aceste legi, energia poate fi transferată de la corp la corp doar în porțiuni destul de definite - cuante. Există atât de puține cuante de căldură în heliul lichid încât nu sunt suficiente pentru toți atomii. O parte din lichid, lipsită de cuante de căldură, rămâne la temperatura zero absolută, atomii săi nu participă deloc la mișcarea termică aleatorie și nu interacționează în niciun fel cu pereții vasului. Această parte (a fost numită heliu-H) posedă superfluiditate. Odată cu scăderea temperaturii, heliul-II devine din ce în ce mai mult, iar la zero absolut, tot heliul s-ar transforma în heliu-H.
Superfluiditatea a fost studiată acum în detaliu și chiar a găsit un util uz practic: cu ajutorul lui este posibilă separarea izotopilor de heliu.

Supraconductivitate

Aproape de zero absolut, au loc modificări extrem de curioase în proprietățile electrice ale anumitor materiale.
În 1911, fizicianul olandez Kamerling-Onnes a făcut o descoperire neașteptată: s-a dovedit că la o temperatură de 4,12 ° K, rezistența electrică dispare complet în mercur. Mercurul devine supraconductor. Curentul electric indus în inelul supraconductor nu se descompune și poate curge aproape pentru totdeauna.
Deasupra unui astfel de inel, o minge supraconductoare va pluti în aer și nu va cădea, ca dintr-un basm.<гроб Магомета>, deoarece greutatea sa este compensată de repulsia magnetică dintre inel și minge. La urma urmei, curentul neamortizat din inel va crea un câmp magnetic și, la rândul său, va induce un curent electric în minge și, împreună cu acesta, un câmp magnetic direcționat opus.
Pe lângă mercur, staniul, plumbul, zincul și aluminiul au supraconductivitate aproape de zero absolut. Această proprietate a fost găsită în 23 de elemente și peste o sută de aliaje și alți compuși chimici diferiți.
Temperaturile la care apare supraconductivitatea (temperaturi critice) sunt într-un interval destul de larg, de la 0,35°K (hafniu) la 18°K (aliaj niobiu-staniu).
Fenomenul de supraconductivitate, precum și super-
fluiditate, studiată în detaliu. Dependența temperaturilor critice de structura interna materiale si exterioare camp magnetic. A fost dezvoltată o teorie profundă a supraconductivității (o contribuție importantă a fost adusă de omul de știință sovietic academicianul N. N. Bogolyubov).
Esența acestui fenomen paradoxal este din nou pur cuantică. La temperaturi foarte scăzute, electronii intră

supraconductorul formează un sistem de particule legate în perechi care nu pot emite energie rețea cristalină, cheltuiți quante de energie pentru a o încălzi. Perechile de electroni se mișcă ca<танцуя>, între<прутьями решетки>- ioni și ocoliți-i fără ciocniri și transfer de energie.
Supraconductivitatea este din ce în ce mai folosită în tehnologie.
De exemplu, intră în practică solenoizii supraconductori - bobine supraconductoare scufundate în heliu lichid. Odată indus curentul și, în consecință, câmpul magnetic poate fi stocat în ele pentru un timp arbitrar îndelungat. Poate atinge o valoare gigantică - peste 100.000 de oersted. În viitor, vor apărea fără îndoială dispozitive superconductoare industriale puternice - motoare electrice, electromagneți etc.
În electronica radio, amplificatoarele și generatoarele suprasensibile încep să joace un rol semnificativ. undele electromagnetice, care funcționează mai ales bine în băile cu heliu lichid - acolo cel intern<шумы>echipamente. În tehnologia informatică electronică, se promite un viitor strălucit pentru comutatoarele superconductoare de putere redusă - criotroni (vezi art.<Пути электроники>).
Nu este greu de imaginat cât de tentant ar fi să avansezi funcționarea unor astfel de dispozitive la temperaturi mai ridicate, mai accesibile. ÎN În ultima vreme se deschide speranța de a crea supraconductori de film polimeric. Natura particulară a conductivității electrice în astfel de materiale promite o oportunitate genială de a menține supraconductivitatea chiar și la temperatura camerei. Oamenii de știință caută constant modalități de a-și realiza această speranță.

În adâncul stelelor

Și acum să privim în tărâmul celui mai tare lucru din lume - în măruntaiele stelelor. Unde temperaturile ajung la milioane de grade.
Mișcarea termică haotică din stele este atât de intensă încât atomii întregi nu pot exista acolo: ei sunt distruși în nenumărate ciocniri.
Prin urmare, o substanță atât de puternic încălzită nu poate fi solidă, lichidă sau gazoasă. Este în stare de plasmă, adică un amestec de încărcate electric<осколков>atomi – nuclee atomice și electroni.
Plasma este un fel de stare a materiei. Deoarece particulele sale sunt încărcate electric, ele se supun cu sensibilitate forțelor electrice și magnetice. Prin urmare, apropierea a două nuclee atomice (ele poartă o sarcină pozitivă) este un fenomen rar. Numai la densități mari și temperaturi enorme se ciocnesc între ele nuclee atomice capabil să se apropie. Apoi au loc reacții termonucleare - sursa de energie pentru stele.
Cea mai apropiată stea de noi - Soarele constă în principal din plasmă de hidrogen, care este încălzită în intestinele stelei până la 10 milioane de grade. În astfel de condiții, se întâmplă întâlniri apropiate de nuclee rapide de hidrogen - protoni, deși rare. Uneori, protonii care se apropie interacționează: după ce au depășit repulsia electrică, ei cad în puterea gigantului forte nucleare atractie, rapid<падают>unul pe altul și fuzionează. Aici are loc o rearanjare instantanee: în loc de doi protoni, apar un deuteron (nucleul unui izotop greu de hidrogen), un pozitron și un neutrin. Energia eliberată este de 0,46 milioane de electroni volți (Mev).
Fiecare proton solar individual poate intra într-o astfel de reacție în medie o dată la 14 miliarde de ani. Dar există atât de mulți protoni în măruntaiele luminii, încât aici și colo are loc acest eveniment improbabil - iar steaua noastră arde cu flacăra sa uniformă, orbitoare.
Sinteza deuteronilor este doar primul pas în termosolare transformări nucleare. Deuteronul nou-născut foarte curând (în medie după 5,7 secunde) se combină cu încă un proton. Apar un nucleu de heliu ușor și o rază gamma radiatie electromagnetica. Se eliberează 5,48 MeV de energie.
În cele din urmă, în medie, o dată la un milion de ani, două nuclee de heliu ușor pot converge și fuzionează. Apoi se formează un nucleu obișnuit de heliu (particulă alfa) și doi protoni sunt despărțiți. Se eliberează 12,85 MeV de energie.
Acest lucru în trei etape<конвейер>reactiile termonucleare nu este singura. Există un alt lanț de transformări nucleare, mai rapide. Nucleii atomici de carbon și azot participă la el (fără a fi consumați). Dar, în ambele cazuri, particulele alfa sunt sintetizate din nucleele de hidrogen. Figurat vorbind, plasma solară cu hidrogen<сгорает>, a se transforma in<золу>- plasma cu heliu. Și în procesul de sinteză a fiecărui gram de plasmă de heliu sunt eliberate 175 mii kWh de energie. O cantitate mare!
În fiecare secundă, Soarele radiază 4.1033 ergi de energie, pierzând 4.1012 g (4 milioane de tone) de materie. Dar masa totală a Soarelui este de 2 1027 de tone, ceea ce înseamnă că într-un milion de ani, din cauza emisiei de radiații, Soarele<худеет>doar o zece milioane din masa sa. Aceste cifre ilustrează elocvent eficacitatea reacțiilor termonucleare și puterea calorică gigantică a energiei solare.<горючего>- hidrogen.
Fuziunea termonucleară pare a fi principala sursă de energie pentru toate stelele. La diferite temperaturi și densități ale interioarelor stelare, au loc diferite tipuri de reacții. În special, solar<зола>- nuclee de heliu - la 100 de milioane de grade devine ea însăși termonuclear<горючим>. Apoi, chiar și nuclee atomice mai grele - carbon și chiar oxigen - pot fi sintetizați din particule alfa.
Potrivit multor oameni de știință, întreaga noastră Metagalaxie în ansamblu este, de asemenea, fructul fuziunii termonucleare, care a avut loc la o temperatură de un miliard de grade (vezi art.<Вселенная вчера, сегодня и завтра>).

Spre soarele artificial

Conținutul extraordinar de calorii al termonuclearelor<горючего>a determinat oamenii de știință să caute implementarea artificială a reacțiilor de fuziune nucleară.
<Горючего>Există mulți izotopi ai hidrogenului pe planeta noastră. De exemplu, hidrogen tritiu supergreu poate fi obținut din litiu metalic în reactoare nucleare. Și hidrogenul greu - deuteriul face parte din apa grea, care poate fi extrasă din apa obișnuită.
Hidrogenul greu extras din două pahare de apă obișnuită ar furniza într-un reactor de fuziune la fel de multă energie precum arde un butoi de benzină premium.
Dificultatea constă în preîncălzire<горючее>la temperaturi la care se poate aprinde cu un puternic foc termonuclear.
Această problemă a fost rezolvată pentru prima dată în bomba cu hidrogen. Izotopii de hidrogen de acolo sunt aprinși de o explozie bombă atomică, care este însoțită de încălzirea substanței la multe zeci de milioane de grade. Într-o versiune a bombei cu hidrogen, combustibilul termonuclear este component chimic hidrogen greu cu litiu ușor - deuterură de lumină l și t și i. Această pulbere albă, asemănătoare cu sarea de masă,<воспламеняясь>din<спички>, care este bomba atomică, explodează instantaneu și creează o temperatură de sute de milioane de grade.
Pentru a iniția o reacție termonucleară pașnică, trebuie în primul rând să înveți cum, fără serviciile unei bombe atomice, să se încălzească doze mici dintr-o plasmă suficient de densă de izotopi de hidrogen la temperaturi de sute de milioane de grade. Această problemă este una dintre cele mai dificile din fizica aplicată modernă. Oamenii de știință din întreaga lume lucrează la el de mulți ani.
Am spus deja că mișcarea haotică a particulelor este cea care creează încălzirea corpurilor, iar energia medie a mișcării lor aleatoare corespunde temperaturii. A încălzi un corp rece înseamnă a crea această tulburare în orice fel.
Imaginați-vă că două grupuri de alergători se repezi rapid unul spre celălalt. Așa că s-au ciocnit, s-au amestecat, a început o mulțime, confuzie. Mare mizerie!
Aproximativ în același mod, fizicienii au încercat la început să obțină o temperatură ridicată - împingând jeturi de gaz de înaltă presiune. Gazul a fost încălzit până la 10 mii de grade. La un moment dat a fost un record: temperatura este mai mare decât la suprafața Soarelui.
Dar cu această metodă, încălzirea suplimentară, destul de lentă, neexplozivă a gazului este imposibilă, deoarece dezordinea termică se răspândește instantaneu în toate direcțiile, încălzind pereții camerei experimentale și mediul. Căldura rezultată părăsește rapid sistemul și este imposibil să-l izolezi.
Dacă jeturile de gaz sunt înlocuite cu fluxuri de plasmă, problema izolației termice rămâne foarte dificilă, dar există și speranță pentru rezolvarea acesteia.
Adevărat, plasma nu poate fi protejată de pierderile de căldură de vasele fabricate chiar și din cea mai refractară substanță. În contact cu pereții solidi, plasma fierbinte se răcește imediat. Pe de altă parte, se poate încerca să țină și să încălziți plasma creând acumularea acesteia în vid, astfel încât să nu atingă pereții camerei, ci să atârne în gol, fără să atingă nimic. Aici ar trebui să profităm de faptul că particulele de plasmă nu sunt neutre, precum atomii de gaz, ci încărcate electric. Prin urmare, în mișcare, ele sunt supuse acțiunii forțelor magnetice. Se pune problema: aranjarea unui câmp magnetic de configurație specială în care plasma fierbinte să atârne ca într-o pungă cu pereți invizibili.
Cea mai simplă formă a unui astfel de câmp electric este creată automat atunci când impulsuri puternice de curent electric sunt trecute prin plasmă. În acest caz, în jurul filamentului de plasmă sunt induse forțe magnetice, care au tendința de a comprima filamentul. Plasma se separă de pereții tubului de descărcare, iar temperatura crește la 2 milioane de grade în apropierea axei filamentului într-o val de particule.
În țara noastră, astfel de experimente au fost efectuate încă din 1950 sub îndrumarea Academicienilor JI. A. Artsimovici și M.A. Leontovici.
O altă direcție a experimentelor este folosirea unei sticle magnetice, propusă în 1952 de fizicianul sovietic G. I. Budker, acum academician. Sticla magnetică este plasată într-un corktron - o cameră de vid cilindrică echipată cu o înfășurare externă, care se îngroașă la capetele camerei. Curentul care curge prin înfășurare creează un câmp magnetic în cameră. Liniile sale de forță în partea de mijloc sunt paralele cu generatricele cilindrului, iar la capete sunt comprimate și formează dopuri magnetice. Particulele de plasmă injectate într-o sticlă magnetică se ondulează în jurul liniilor de forță și sunt reflectate de dopuri. Ca urmare, plasma este păstrată în interiorul sticlei pentru o perioadă de timp. Dacă energia particulelor de plasmă introduse în sticlă este suficient de mare și sunt suficiente, ele intră în interacțiuni complexe de forță, mișcarea lor ordonată inițial se încurcă, devine dezordonată - temperatura nucleelor ​​de hidrogen crește la zeci de milioane de grade .
Încălzirea suplimentară se realizează prin electromagnetică<ударами>prin plasmă, comprimarea câmpului magnetic etc. Acum plasma nucleelor ​​grele de hidrogen este încălzită la sute de milioane de grade. Adevărat, acest lucru se poate face fie pentru o perioadă scurtă de timp, fie la o densitate scăzută a plasmei.
Pentru a excita o reacție auto-susținută, este necesară creșterea în continuare a temperaturii și a densității plasmei. Acest lucru este greu de realizat. Cu toate acestea, problema, așa cum sunt convinși oamenii de știință, este incontestabil rezolvabilă.

G.B. Anfilov

Postarea de fotografii și citarea articolelor de pe site-ul nostru pe alte resurse este permisă cu condiția să fie furnizat un link către sursă și fotografii.