Абсалютны нуль: гісторыя адкрыцця і асноўнае ўжыванне

Фізічнае паняцце «абсалютны нуль тэмпературы" мае для сучаснай навукі вельмі важнае значэнне: з ім цесна звязана такое паняцце, як звышправоднасць, адкрыццё якой вырабіла сапраўдны фурор у другой палове ХХ стагоддзя.

Каб зразумець, што ж такое абсалютны нуль, варта звярнуцца да прац такіх вядомых фізікаў, як Г. Фарэнгейт, А. Цэльсій, Ж. Гей-Люссак і У. Томсан. Менавіта яны згулялі ключавую ролю ў стварэнні выкарыстоўваюцца дагэтуль асноўных тэмпературных шкал.

Першым сваю тэмпературную шкалу прапанаваў у 1714 году нямецкі фізік Г. Фарэнгейт. Пры гэтым за абсалютны нуль, то бок, за самую нізкую кропку гэтай шкалы, была прынятая тэмпература сумесі, якая ўключала ў сябе снег і нашатыр. Наступным важным паказчыкам стала нармальная тэмпература цела чалавека, якая стала раўняцца 1000. Адпаведна, кожнае дзяленне дадзенай шкалы атрымала назву «градус Фарэнгейта», а сама шкала - «шкалы Фарэнгейта».

Праз 30 гадоў шведскі астраном А. Цэльсій прапанаваў сваю тэмпературную шкалу, дзе асноўнымі кропкамі сталі тэмпература раставання лёду і кропка кіпення вады. Гэтая шкала атрымала назву «шкалы Цэльсія», яна да гэтага часу папулярная ў большасці краін свету, у тым ліку і ў Расіі.

У 1802 годзе, праводзячы свае знакамітыя досведы, французскі вучоны Ж. Гей-Люссак выявіў, што аб'ём масы газу пры пастаянным ціску знаходзіцца ў прамой залежнасці ад тэмпературы. Але самае цікавае складалася ў тым, што пры змене тэмпературы на 10 па шкале Цэльсія, аб'ём газу павялічваўся або памяншаўся на адну і тую ж велічыню. Вырабячы неабходныя вылічэнні, Гей-Люссак усталяваў, што гэтая велічыня роўная 1/273 ад аб'ёму газу пры тэмпературы, роўнай 0С.

З гэтага закона ішоў напрошваецца выснова: тэмпература, роўная -2730С, з'яўляецца найменшай тэмпературай, нават падышоўшы да якой ушчыльную, дасягнуць яе немагчыма. Менавіта гэтая тэмпература атрымала назву «абсалютны нуль тэмпературы".

Больш за тое, абсалютны нуль стаў адпраўной кропкай для стварэння шкалы абсалютнай тэмпературы, актыўны ўдзел у якім прыняў англійская фізік У. Томсан, вядомы таксама, як лорд Кельвін.

Яго асноўнае даследаванне тычылася доказы таго, што ні адно цела ў прыродзе не можа быць ахалоджвання ніжэй, чым абсалютны нуль. Пры гэтым ён актыўна выкарыстаў другі закон тэрмадынамікі, таму, уведзеная ім ў 1848 году абсалютная шкала тэмператур стала называцца тэрмадынамічнай або «шкалой Кельвіна».

У наступныя гады і дзесяцігоддзі адбывалася толькі лікавае ўдакладненне паняцці «абсалютны нуль», якое пасля шматлікіх узгадненняў стала лічыцца роўным -273,150С.

Варта таксама звярнуць увагу, што абсалютны нуль гуляе вельмі важную ролю ў сістэме СІ. Уся справа ў тым, што ў 1960 годзе на чарговы Генеральнай канферэнцыі па мерах і вагам адзінка тэрмадынамічнай тэмпературы - кельвін - стала адной з шасці асноўных адзінак вымярэнняў. Пры гэтым спецыяльна агаворвалася, што адзін градус Кельвіна лікава роўны аднаму градусу Цэльсія, толькі вось кропкай адліку «па Кельвіне» прынята лічыць абсалютны нуль, то ёсць -273,150С.

Асноўны фізічны сэнс абсалютнага нуля складаецца ў тым, што, згодна з асноўнымі фізічным законах, пры такой тэмпературы энергія руху элементарных часціц, такіх як атамы і малекулы, роўная нулю, і ў гэтым выпадку павінна спыніцца любы хаатычны рух гэтых самых часціц. Пры тэмпературы, роўнай абсалютнага нуля, атамы і малекулы павінны заняць выразнае становішча ў асноўных пунктах крышталічнай рашоткі, утвараючы спарадкаваную сістэму.

У цяперашні час, выкарыстоўваючы адмысловае абсталяванне, навукоўцы змаглі атрымаць тэмпературу, толькі на некалькі мільёнаў доляй якая перавышае абсалютны нуль. Дасягнуць жа самай гэтай велічыні фізічна немагчыма з-за апісанага вышэй другі закон тэрмадынамікі.