اشتراک گذاری, , گوگل پلاس, پینترست,

پرینت

پست شده در:

صفر مطلق,دمایی غیر ممکن برای مواد

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars 3 رای (با یه رای مهمونمون کن)

QR:  صفر مطلق,دمایی غیر ممکن برای مواد
تبلیغات:

پایین ترین دمای ممکن ۲۷۳٫۱۵- درجه سلسیوس (سانتی‌گراد) و معادل با ۴۵۹٫۶۷- درجه فارنهایت است که به آن صفر مطلق میگویند.در این دما انرژی درونی ماده به کمترین مقدار خود می رسد و حرکت ملکول ها متوقف می شود.بنابراین اگر گازی به دمای صفر مطلق برسد تمام انرژی جنبشی خود را از دست میدهد و حجم گازی آن ناپدید میشود.

در عمل،تمام گازها قبل از اینکه دمایشان به صفر مطلق برسد ابتدا به مایع و سپس به جامد تبدیل می شود. دانشمندان هرگز نتوانسته اند در آزمایشگاه به دمای صفر مطلق دست یابند.مواد وقتی تا دمای نزدیک به صفر مطلق سرد میشود واکنش های عجیبی نشان میدهد در این دما گاز اکسیژن یخ میزند و به صورت جامدی به رنگ آبی روشن در می آید. یک توپ لاستیکی چنان شکننده می شود که با خوردن به زمین خرد میشود. جیوه که در حالت عادی مایع است همانند نقره سخت و درخشنده می شود هیدروژن به مایع تبدیل می شود و شروع به چسبیدن به کناره های ظرف میکند.

تبلیغات:
نیتروژن مایع
نیتروژن مایع

دست نیافتنی بودن صفر مطلق

هر کسی می‌داند که دمای جسم را نمی‌توان تا صفر مطلق پایین آورد، هر چند می‌توان به آن نزدیک شد. برای اینکه دمای جسمی را تا صفر مطلق پایین بیاوریم لازم است مقداری متناهی گرما از آن بگیریم. برای اینکار از چرخه کارنو استفاده می‌کنیم:

8

بدیهی است که در این نظر در چرخه کارنو مقدار گرما یا دما مطرح نیست، بلکه نسبت آنها مهم است. اکنون دیگر مشکل نیست که بفهمیم چرا برای پایین آوردن دمای جسمی تا صفر مطلق باید تعداد بی شماری مراحل را پشت سر گذاشت. هر مرحله می‌تواند یک چرخه بسته یا یک فرآیند تک ، مثل انبساط بی دررو گاز در حال سرد شدن باشد. در هر مرحله مقداری متناهی کار انجام می‌گیرید و دما به نسبت متناهی پایین می‌آید. از آنجا که هر مرحله مدت زمانی طول می‌کشد، زمان لازم برای پایین آوردن دمای جسم تا صفر مطلق لزوما نامتناهی است.

تبلیغات:  

چرا دست یافتن به دمای صفر مطلق غیرممکن است؟

از نظر عملی، این کار نیاز به این دارد که گرمای گاز را بگیرید؛‌ اما هر چه دما را پایین بیاورید،‌ گرمای بیشتری را باید از گاز بگیرید. در واقع برای رسیدن به صفر مطلق باید این کار را تا بی‌نهایت ادامه داد. در زبان کوانتوم، باید به سراغ اصل عدم قطعیت هایزنبرگ برویم که می‌گوید هر چه دقیق‌تر در مورد سرعت یک ذره بدانیم،‌ کم‌تر در مورد موقعیت آن خواهیم دانست و برعکس. بنابراین اگر می‌دانید که اتم‌هایتان در آزمایش‌تان وجود دارند،‌ باید تاحدی نسبت به سرعت حرکت آن‌ها و این که بالای صفر مطلق هستند یا نه، نامطمئن باشید،‌ مگر این که وسعت آزمایش شما به اندازه کل هستی باشد!

چگالش بوز-اینشتین
توزیع اندازه گیری سرعت ذره‌ها برای چگالش بوز-اینشتین، دو نمودار سمت راستی برای دماهای بسیار پایین است که در آنها، بوزون‌ها در پایین‌ترین حالت کوانتومی متمرکز می‌شوند.

سردترین ها در جهان:

سردترین جایی که تا به حال در منظومه شمسی ما پیدا شده، روی کره ماه است. سال گذشته، ماهواره اکتشافی ماه ناسا، دمای گودال همیشه در سایه‌ای را در قطب جنوب ماه اندازه‌گیری کرد: ۲۴۰- درجه سانتی‌گراد. این دما حتی از دمای اندازه‌گیری شده برای پلوتو که فاصله‌اش از خورشید ۴۰ برابر فاصله زمین از خورشید است نیز ۱۰ درجه سردتر است.

اما سردترین جای شناخته شده دنیا، قلب سحابی بومرنگ است که در منظومه قنطورس قرار گرفته و پنج‌هزار سال نوری با ما فاصله دارد. دانشمندان در سال ۱۹۹۷/ ۱۳۷۶ گزارش کردند که گازهای به جا مانده از یک ستاره مرکزی در حال مرگ، با سرعت خبره‌کننده‌ای جارو می‌شوند و آن ناحیه از فضا تا دمای یک درجه کلوین سرد شده است، یعنی تنها یک درجه گرم‌تر از دمای صفر مطلق. معمولا آثار به جا مانده از تشعشعات حاصل از انفجار بزرگ، یا همان تابش ریزموج زمینه کیهانی، ابرهای گازی موجود در فضا را تا ۲٫۷ کلوین گرم می کند. اما انبساط سحابی بومرنگ نوعی یخچال کیهانی پدید آورده که باعث می‌شود گازها سرمای غیرعادی خود را همچنان حفظ کنند و گرم‌تر از این نشوند.

قلب سحابی بومرنگ
قلب سحابی بومرنگ

اگر ماهواره‌های مصنوعی را هم به حساب بیاورید، ‌هنوز اجرام سردتری هم پیدا می‌شود. برخی ابزار موجود در تلسکوپ فضایی پلانک متعلق به آژانس فضایی اروپا،‌ که اردیبهشت ماه ۱۳۸۸ به فضا پرتاب شد، تا دمای ۰٫۱ کلوین سرد شده‌اند تا پارازیت‌های ریزموجی را که ممکن است دید ماهواره را مختل نمایند،‌ متوقف کنند. محیط فضا، در ترکیب با سیستم‌های خنک‌کننده مکانیکی و سرمازاهایی که از گازهای هلیوم و هیدروژن استفاده می‌کردند، طی چهار مرحله متوالی توانستند سردترین جرم فضا را در ۰٫۱ کلوین نگه دارند.

5

با همه آن‌چه گفته شد، رکورد کم‌ترین دما متعلق به یک آزمایشگاه روی سیاره زمین است. در سال ۲۰۰۳ دانشمندان موسسه فناوری ماساچوست (ام.آی.تی) اعلام کردند که ابری از اتم‌های سدیم را تا ۰٫۴۵ نانوکلوین سرد کرده‌اند، که این رقم رکورد را شکست. پیش از آن،‌ در سال ۱۹۹۹ دانشمندان دانشگاه صنعتی هلسینکی در کشور فنلاند توانسته بودند قطعه‌ای از فلز رودیم را تا ۱ نانوکلوین سرد نمایند. با این وجود، این دما تنها برای نوع خاصی از جنبش (که در کوانتوم چرخش هسته‌ای نامیده می‌شود) است و نه دمای کلی همه جنبش‌های ممکن.

6
این یک تصویر کامپیوتری از چگالش بوز-اینشتین را در ساختار موج بلند اتم را در دمایی نزدیک به صفر مطلق نشان میدهد

در گازها، مایعات و جامداتی که روزمره با آن‌ها سر و کار داریم،‌ جنبش اتم‌ها و مولکول‌ها و برخورد آن‌ها با یکدیگر باعث گرما یا انرژی حرارتی می‌شود. اما در دماهای بسیار پایین، چنین نیست. در این دماها، قوانین عجیب مکانیک کوانتوم حاکم است؛ به طوری که مولکول‌ها به روال معمول با یکدیگر برخورد نمی‌کنند، بلکه امواج مکانیکی کوانتوم آن‌ها گسترش می‌یابند و با هم هم‌پوشانی پیدا می‌کنند. وقتی آن‌ها بدین صورت هم‌پوشانی پیدا می‌کنند، حالت چگالش بوز- انیشتین را شکل می‌دهند که در آن، اتم‌ها به نحوی رفتار می‌کنند که انگار یک اَبَراتم واحد هستند. اولین چگالش بوز- انیشتین خالص،‌ در سال ۱۹۹۵/ ۱۳۷۴ در کلرادو با استفاده از ابر اتم‌های روبیدیومی ساخته شد که تا دمای کم‌تر از ۱۷۰ درجه کلوین سرد شده بودند و پدیدآورندگان آن، توانستند جایزه نوبل فیزیک را از آن خود کنند.

 

منابع:شبکه ی فیزیک هوپا,دانشنامه ی رشد,وبسایت علمی بیگ بنگ

تبلیغات:

حمایت از ما

نوشتن مطالب و انتشار اونا یکم سخته از طرفی نگه داری سایت هم هزینه هایی داره(هزینه ی خرید دامنه،هاست،هزینه ی طراحی و...) اگه براتون امکان داره لطفا با پرداخت خودتون مقدار کمی در هزینه های سایت سهیم باشید تا ما هم بتونیم براتون مطالب مفید منتشر کنیم حمایت از ما

نوشته شده توسط علی پژوهی

علی پژوهی هستم متولد سال 1380 مدیر و تنها نوسنده ی نیونش(البته فعلا)

204 posts

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

*

code