Zero assoluto
Lo zero assoluto è la temperatura alla quale le particelle di materia (molecole e atomi) si trovano nei loro punti energetici più bassi. Alcuni pensano che a zero assoluto le particelle perdano tutta l'energia e smettano di muoversi. Questo non è corretto. Nella fisica quantistica esiste una cosa chiamata energia a punto zero, il che significa che anche dopo che tutta l'energia delle particelle è stata rimossa, le particelle hanno ancora un po' di energia. Questo è dovuto al principio di indeterminazione di Heisenberg, che afferma che quanto più si conosce la posizione di una particella, tanto meno si può sapere della sua quantità di moto, e viceversa. Pertanto, una particella non può essere completamente fermata perché allora la sua posizione esatta e la sua quantità di moto sarebbero note.
Alcuni hanno creato temperature molto vicine allo zero assoluto: la temperatura record era di 100 pK (cento picokelvin, pari a 10-10 kelvin) sopra lo zero assoluto. Anche avvicinarsi allo zero assoluto è difficile perché qualsiasi cosa che tocca un oggetto raffreddato vicino allo zero assoluto darebbe calore agli oggetti. Gli scienziati usano il laser per rallentare gli atomi quando raffreddano gli oggetti a temperature molto basse.
Le scale di temperatura kelvin e Rankine sono definite in modo che lo zero assoluto sia 0 kelvin (K) o 0 gradi Rankine (°R). Le scale Celsius e Fahrenheit sono definite in modo che lo zero assoluto sia -273,15 °C o -459,67 °F.
In questa fase la pressione delle particelle è pari a zero. Se tracciamo un grafico ad esso, possiamo vedere che la temperatura delle particelle è pari a zero. La temperatura non può scendere ulteriormente. Inoltre, le particelle non possono muoversi "al contrario" perché, poiché il movimento delle particelle è una vibrazione, vibrare al contrario non sarebbe altro che semplicemente vibrare di nuovo. Più la temperatura di un oggetto si avvicina allo zero assoluto, meno il materiale è resistivo all'elettricità e quindi condurrà l'elettricità quasi perfettamente, senza alcuna resistenza misurabile.
La TerzaLegge della Termodinamica dice che nulla può mai avere una temperatura di zero assoluto.
La seconda legge della termodinamica dice che tutti i motori che sono alimentati dal calore (come i motori delle automobili e i motori dei treni a vapore) devono rilasciare calore residuo e non possono essere efficienti al 100%. Questo perché l'efficienza (percentuale dell'energia consumata dal motore che viene effettivamente utilizzata per fare il lavoro del motore) è 100%×(1-Toutside/Tinside), che è 100% solo se la temperatura esterna è zero assoluto, cosa che non può essere. Quindi, un motore non può essere efficiente al 100%, ma si può rendere la sua efficienza più vicina al 100% rendendo la temperatura interna più calda e/o la temperatura esterna più fredda.
Lo zero kelvin (-273,15 °C) è definito come zero assoluto.
Pagine correlate
- Temperatura assoluta
- Caldo assoluto
Domande e risposte
D: Cos'è lo zero assoluto?
R: Lo zero assoluto è la temperatura in cui le particelle della materia (molecole e atomi) si trovano ai loro punti di energia più bassi.
D: Lo zero assoluto significa che le particelle perdono tutta l'energia e smettono di muoversi?
R: No, nella fisica quantistica esiste una cosa chiamata energia di punto zero, che significa che anche dopo che tutta l'energia delle particelle è stata rimossa, le particelle hanno ancora un po' di energia a causa del principio di indeterminazione di Heisenberg.
D: Qual è la temperatura record raggiunta vicino allo zero assoluto?
R: La temperatura record è stata di 100 pK (cento picokelvin, pari a 10-10 kelvin) sopra lo zero assoluto.
D: Come fanno gli scienziati a raffreddare gli oggetti a temperature molto basse?
R: Gli scienziati utilizzano i laser per rallentare gli atomi quando raffreddano gli oggetti a temperature molto basse.
D: Come vengono definite le scale Celsius e Fahrenheit rispetto allo zero assoluto?
R: Le scale Celsius e Fahrenheit sono definite in modo che lo zero assoluto sia -273,15°C o -459,67°F.
D: Cosa dice la Terza Legge della Termodinamica sullo zero assoluto?
R: La Terza Legge della Termodinamica dice che nulla potrà mai avere una temperatura di zero assoluto.
D: Come si può aumentare l'efficienza di un motore avvicinandolo al 100%?
R: L'efficienza di un motore può essere aumentata fino al 100% rendendo la temperatura interna più calda e/o la temperatura esterna più fredda, secondo la Seconda Legge della Termodinamica.
