在物理方面,为什说绝对零度是-273°?
绝对零度 绝对零度表示那样一种温度,在此温度下,构成物质的所有分子和原子均停止运动。所谓运动,系指所有空间、机械、分子以及振动等运动.还包括某些形式的电子运动,然而它并不包括量子力学概念中的“零点运动”。除非瓦解运动粒子的集聚系统,否则就不能停止这种运动。从这一定义的性质来看,绝对零度是不可能在任何实验中达到的,但已达到绝对零度以上百万分之一度内的低温。所有这些在物质内部发生的分子和原子运动统称为“热运动”,这些运动是肉眼看不见的,但是我们会看到,它们决定了物质的大部分与温度有关的性质。 正如一条直线仅由两点连成的一样,一种温标是由两个固定的且可重复的温度来定义的。最初,在一标准大气压(760毫米水银柱,或760托)时,摄氏温标是定冰之熔点为0℃和水之沸点为100℃,绝对温标是定绝对零度为oK和冰之熔点为273K,这样,就等于有三个固定点而导致温度的不一致,因为科学家希望这两种温标的度数大小朝等,所以,每当进行关于这三点的相互关系的准确实验时,总是将其中一点的数值改变达百分之一度。 现在,除了绝对零度外,仅有一固定点获得国际承认,那就是水的“三相点”。1948年确定为273.16K,即绝对零度以上273.16度。当蒸气压等于一大气压时,水的正常冰点略低,为273.15K(=o℃=320°F),水的正常沸点为373.15K(=100℃=212°F)。这些以摄氏温标表示的固定点和其他一些次要的测温参考点(即所谓的国际实用温标)的实际值,以及在实验室中为准确地获得这些值的度量方法,均由国际权度委员会定期公布。
一定质量的气体等压膨胀时,在常温下其V-t图线为一条不过坐标原点的直线(盖-吕萨克定律)。若实验测得这条图线,加以外推,找出图线与t轴的交点处的摄氏温度值,它就是使理想气体体积变为零的最低温度,即热力学温度(绝对温度)的零度。
“绝对零度”中“绝对”的涵义
计量上的零点有时是可以任意选取的,例如,经度零度是任意确定的。温度的零点也是一样。在摄氏温标中,将冰的熔点取作零碎度;
而在华氏温标中,零碎度则处于冰的熔点以下。这两种温标中,温度都可以低于零度。将近18世纪末的时候,人们开始觉得热是无尽头的,
但冷似乎是有极限的。既然冷有尽头,那么,这个尽头就是一种不可超越的“零度”,于是,开尔文引进了开氏温标。开氏温标中的零度是不可超越的,因而叫做“绝对零度”。这是“绝对”二字的一种物理涵义。
1787年,法国物理学家查理发现,理想气体每冷却1摄氏度,其体积就缩小它处于0℃时体积的1/273,这就是著名的查理定律。如
果理想气体被冷却的过程一直继续下去,那么它的温度降到-273℃时,气体的体积岂非缩小到“零”了?在物理上,体积为零意味着气体完全消失了,这当然是不会发生的。这是“绝对”的第二种涵义。实际情况是,当气体冷却到一定温度后它总是先变为液体,然后又在更低的温度下变为固体。
英国物理学家开尔文把温度作为物质分子运动速度的一种表述方
式,物质越冷其分子运动就越慢,分子运动中最最慢的就是完全不运动 的分子,因此也不会有比它更低的温度。于是-273℃这个温度便是一种真正的零度。这就是绝对零度“绝对”的第三层涵义。
本期节目,我们就来一起深入探讨下,“绝对零度”究竟是个什么概念?而处在这种温度下的物质,又会发生怎样的变化呢?
物理学中的许多常数似乎是任意建立的。摄氏温度标度确定水温在0到100摄氏度之间沸腾。在找到绝对零之前,这一直是一个方便的温度标度。此后,对于科学家而言,更方便的温度标度是将绝对零值定义为0开尔文,并以1摄氏度为增量定义1摄氏度的增量。那么这个数字有什么特别之处呢?在新的温度范围内,水在273.15开氏温度下冻结。开尔文温度标度仍然是历史折衷方案。
更合适的标准可以以使能量E=KT和KT=1焦耳的玻尔兹曼常数K=1的方式建立温度T。这种现象通常不会发生,因为连米和秒都是任意设定的。-273.15摄氏度或0开氏温度称为绝对零度,这可能是宇宙中已知的最低温度。在此温度下有几个特征:根据查理定律,我们知道理想气体的压力与温度成正比。绝对为零时,压力为零,这意味着气体可以无限期压缩。所有分子和原子动能均为零。固体分子停止振动,其行为像一个称为玻色-爱因斯坦凝聚物的巨型原子。该温度只能从理论上达到,因为它似乎违反了能量守恒定律。
简而言之,如果我们达到这个温度并能够维持该温度,并且避免了光引起的温度升高,那么所有有关原子和量子力学的问题都将找到答案。这个数字的唯一“特殊”是它是将摄氏温度标度向下扩展直到所有原子/分子不再“运动”(“绝对零”)的结果。当Anders Delsius首次提出其温度标度时,水沸点为100度,水冻结为0度。幸运的是,这种情况得到了扭转(1744年,在英仙座去世后,由卡尔·冯·林奈夫斯进行了调整)。
这两点的选择是有哲学依据的,因为当环境温度接近这两极时,地球的居住环境似乎是最好的,但是这种选择也是任意的。沃伦·海特(Warren Hite)还任意选择了莱奥米尔(Leomir)两个点(以及其他几个点,请参见温度单位的转换)。 1开尔文等于1摄氏度,0摄氏度被认为是凝固点,但是在这一点上,系统还提供了相当大的能量。这就是为什么我们使用低于零的摄氏温度来表示分子水平的原因。当此曲线扩展到0时,温度为-273.15摄氏度,即0开氏温度。因为0是最低的能量点,所以没有系统可以拥有能量,因此开尔文标度上没有负温度,也称为绝对温度标度。根据热力学第二定律,不能通过传热获得0开尔文点。
宇宙中完全没有能量状态下的最低温度是-273.15℃,已经不能再低 了
可能是因为科学家经过佐证以后才得到这个数据吧。
因为这是物理学家客观严谨的实验结果。绝对零度是-273
因为物理是和现实是不一样的可能,所以绝对零度时-273
熵增定律,为什么会被称为令人绝望的物理定律?
自然界中的现象遵循着某一规律,物理学家通过不断观测,并进行大量实验,最终总结出了科学结论,这就是物理定律。事实证明,物理定律行之有效。如果没有物理学家前赴后继地发现新定律,人类的科技就不可能发展起来。物理定律给人类带了无限的可能,基于物理定律,我们可以实现前人难以想象的事情,例如,人...
物理学已经发展到瓶颈了吗?
再比如说,中国科学院高能物理所积极倡导了建设巨型对撞机,这个项目也是折蕺沉沙,不但非物理圈的科学家反对这个项目,甚至物理界里面也出现了反对的声音,很多人因为不是利益相关,强烈反对这个项目,而不是从民族大义的高度去思考这个问题,尤其是很多凝聚态物理学家,觉得高能物理不应该花那么多钱,居然也默默反对这个项目,...
为何物理学无法告诉我们生命是什么?
这项挑战永远都会存在,因为从物理角度看待问题与生物角度绝不是一回事。事实上,生物学与物理学的思维方式完全是两种概念。 物理学作为一种科学研究方法,始终以对特定物理量的测量为基础,如距离、质量、时长、电荷、温度等等。无论是进行实际观测、还是提出理论进行预测,物理的本质都离不开测量和数学计算。在表述某种...
为什么有人说:最近100年物理学的突破放缓了?
现代物理学的发展如果非要问物理学研究哪部分的发展变慢了,那一定是理论物理学,这是物理学的基础。对于一般人而言,听说过的科学故事大致都截止到了相对论和量子力学。要知道,这两个理论都是100多年前的理论了。这并不是说,在这之后物理学就没有发展了,而只是一般人接触不到这方面的物理学知识。
是因为爱因斯坦的相对论,才导致现在物理停滞不前的吗?
首先物理学的发展并不是当代的人能够看得懂的,因为现在物理学的发展是在高端应用上,比如说关于量子的相关研究,关于空间关于黑洞相关的研究,这些知识太过于高端了,普通的生活的人根本没有必要清楚这些,你不会在物理学方面进行大力的推广,比如说量子力学以及最新研究出来的杨振宁获得诺贝尔奖的杨密尔斯...
一条让人绝望的物理定律,为什么有科学家宁愿没发现它?
对于大多数人来说,物理学就像是一座遥远的山脉,我们只能远远地望着,想要登顶是非常困难的。只有那些世界上最聪明的人,才有可能去理解和应用物理。我们通常只能通过已经被发现的物理定律来探索未知。物理学对于人类科学研究的帮助是巨大的,如果我们想要了解宇宙或量子之间的规律,通常都需要运用物理学的...
一条让人绝望的物理定律,为什么有科学家宁愿没发现它?
物理学家克劳修斯引入“熵”来表征有用能的多少。能够用于做功的能量越多,熵越小;有用能越少,熵越大。以煤炭为例,没有燃烧的煤炭熵值小,燃烧之后残留下来的煤渣熵值大。在一个孤立系统中,有用能会越来越少,熵会变得越来越大,这就是熵增原理。如果从自然界中不断吸热,以此实现持续做功,导致...
为什么我的物理老师说绝对光滑的平面摩擦力其实很大?
你的老师应该是这个意思,两个绝对光滑的平面之间没有空气,所以压力非常大,就是大气压*面积,可能还要加上一些分子引力,导致摩擦力非常大。就比如说两个表面“绝对”光滑的铁块压在一起,它们之间“摩擦力”就很大。但是你的老师忽略了一点,摩擦力的产生是因为两个物体表面在微观下,是不平的,因而...
你清楚为什么会有人说物理研究已接近极限了吗?
不过这种仪器的基本原理绝对不是光学和电子,是什么我也猜不到,光学很落后,太小了会发生,能量的衍射干扰,电子我也不清楚原理,我觉得这可能有好几个方面的原因吧,一个是当前的物理研究,即使是想要看懂「他们做了什么」,都已经十分困难了,更别说把握整体,去看看「物理学研究到了什么程度」;另...
物理学家永远都无法精确解出广义相对论,这是为什么?
等式的左边显示的是时空的曲率,右边显示的是物质的分布,所以我们经常听到这样的说法:物质决定时空的曲率,弯曲的时空告诉物质如何运动。在普通人眼里,这个等式似乎并不复杂。事实上,很多问题是不可能解决的。即使是一些简单的问题,也只能给出近似的解。因为这个方程是一个二阶非线性偏微分系统由十个...
聊东安维: 绝对零度是根据理想气体所遵循的规律(即理想气体状态方程,pV=mRT/M=mrT,r=R/M),用外推的方法得到的.用这样的方法,当温度降低到-273.15℃时,气体的体积将减小到零.如果从分子运动论的观点出发,理想气体分子的平均平动动能由温度T确定,那么也可以把绝对零度说成是"理想气体分子停止运动时的温度".
华池县15134882998: 绝对0度到底是多少 为什么会有绝对0度? - ?
聊东安维: -273.15°C 这个是一个极限的最低温度 应该来说是不可能达到的温度 因为到了这个温度 世界的一切物质都停止运动 至于时间什么 我也不知道的 这是我自己说的 没有在网上找
华池县15134882998: 绝对零度是怎样推测出来的? - ?
聊东安维: 绝对零度一开始是用理想气体在摄氏温度情况下得到的气压-温度公式来推出来的,在-273.15摄氏度的时候理想气体的气压趋于0,为了物理上描述方便就设立了绝对零度.后来通过热力学第二定律的推算得到热力学零度的意义——热力学零度时完整晶体的熵等于0
华池县15134882998: 绝对零度是负237点16摄氏度,温度似乎不能再下降了,求解释,为什么没有更低呢? - ?
聊东安维: 物质的温度 取决于其内原子、分子等粒子的动能.根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布,粒子动能越高,物质温度就越高.理论上,若粒子动能低到量子力学的最低点时,物质即达到绝对零度,不能再低.然而,绝对零度永远无法达到,只可无限逼近.因为任何空间必然存有能量和热量,也不断进行相互转换而不消失.所以绝对零度是不存在的,除非该空间自始即无任何能量热量.在此一空间,所有物质完全没有粒子振动,其总体积并且为零.有关物质接近绝对零度时的行为,可初步观察热德布洛伊波长(Thermal de Broglie wavelength)
华池县15134882998: 物理上说温度最低是零下273度,是真的吗 - ?
聊东安维: 人类能接触的极限,或大自然展现的现象不是真的.因为人类做不到,大自然展现不出,能使电子与原子核表面零接触,所以不是真的.但是,尤其在宇宙形成初期的大爆炸,不仅负273度是真的,而且低于负273度,甚至更低更低都是真的.因为地球球心,甚至恒星星心,虽然不敢肯定,万有引力会把电子和原子核压成零距离,但是银心,乃至银心上一级移动中心的星心,不仅会把电子和核压成零距离,甚至会把原子核压碎.这样宇宙大爆炸时,星心产生的膨胀,产生的吸热,就会使周围的温度低于负273度,甚至远远低于负273度.
华池县15134882998: 为什么称 - 273摄氏度为绝对零度??
聊东安维: 绝对零度即热力学温度的理论下限0K(开尔文),相当于摄氏-273.15度(-273.15℃). 物体的温度取决于物体内原子和分子的动能.根据麦克斯韦-玻耳兹曼分布,这些粒子的动能越高,物体的温度就越高.理论上来说,如果粒子的动能已经降低到根据量子力学原则不能更低的程度,物体即达到绝对零度.实验上,绝对零度永远无法达到,但可无限逼近.
华池县15134882998: 物理学中的绝对零度指的是什么? - ?
聊东安维:[答案] 绝对零度 -273.15℃ 也就是热力学温标中的0K K=℃+273.15
华池县15134882998: 为什么绝对零度正好是 - 273.15度,有什么意义吗? - ?
聊东安维: 我们总是感到疑惑,为何宇宙中没有最高温度,却存在着绝对零度呢?温度的上限或者下限又是由什么决定的? 我们对于温度最直观的感受就是冷暖了,当气温无比炎热时,即使不看天气预报,我们心里也很清楚,当天的气温一定很高. 而...
华池县15134882998: 为什么 - 273K等于0度 - ?
聊东安维:[答案] 你说的是温度吧 日常说的零度是在正常条件下水的冰点作为零度 绝对零度,理论上所能达到的最低温度,在此温度下物体没有内能.把-273.15℃定作热力学温标(绝对温标)的零度,叫做绝对零度(absolute zero). 绝对零度(absolute zero)是热力...
华池县15134882998: 为什么物理学中的绝对零度是达不到的? - ?
聊东安维:[答案] 物体的温度实际上就是原子在物体内部的运动.当我们感到一个物体比较热的时候,就意味着它的原子在快速动动:当我们感... 而物理学家则是绝对温标或称开尔文温标来测量温度的. 按照这种温标测量温度,绝对温度零度(0K)相当于摄氏零下273....