همواره در دمای نزدیک به صفر مطلق اتفاقات جالبی رخ می دهد. در دمای نزدیک به دمای اتاق، با کاهش دما، سرعت واکنش های شیمیایی کاهش می یابد. اما دانشمندان کشف کردند که مولکول ها در دمای چند صد میلیونیم درجه بالاتر از صفر مطلق (273.15-) نیز می توانند مبادله اتم داشته باشند. چرا دمای صفر مطلق دست نیافتنی است ؟
سحابی بومرنگ – سردترین منطقه کشف شده در جهان
– چرا رسیدن به دمای صفر کلوین (صفر مطلق) غیر ممکن است ؟
به طور عملی، کار مورد نیاز برای سرد کردن یک گاز با کاهش دما افزایش می یابد. با نزدیک شدن به دمای صفر مطلق مقدار کار مورد نیاز به سمت بی نهایت میل می کند (سی نا .نت : این مطلب بر مبنای قوانین اساسی ترمودینامیک نیز مطرح می شود). در بیان کوانتومی، نظریه عدم قطعیت هایزنبرگ می گوید “هر چه سرعت یک ذره بیشتر باشد، اطلاعات ما از مکانِ آن کاهش می یابد”. در صورتی که شما بدانید اتم ها در فضای آزمایش شما قرار دارند، پس یک عدم قطعیت در اندازه حرکت آن ها وجود دارد و در نتیجه در دمای بالای صفر مطلق خواهد ماند. پس برای رسیدن به صفر مطلق نیاز دارید که فضای آزمایش شما به اندازه کل جهان باشد!
– سردترین منطقه در منظومه شمسی کجاست ؟
سردترین دمای اندازه گیری شده در منظومه شمسی، در ماه (قمر زمین) بوده است! سال گذشته، ناسا در دهانه یک آتشفشان که در قطب جنوبِ ماه قرار دارد و همیشه در سایه است، دمای نزدیک به 240- سانتیگراد را اندازه گیری کرد. این دما 10 درجه سردتر از دمای اندازه گیری شده در پلوتو(دور ترین سیاره منظومه شمسی) است.
– سردترین نقطه طبیعی در جهان کجاست ؟
سردترین نقطه شناخته شده در جهان، در سحابی بومرنگ قرار دارد که 5000 سال نوری با ما فاصله داشته و در صورت فلکی قنطورس واقع است. در سال 1997 دانشمندان گزارش دادند که گازهای منتشر شده از یک ستاره در حال مرگ، پس از انبساط به دمای 1 کلوین (یعنی 1 درجه گرمتر از صفر مطلق) رسیده اند! به طور معمول به علت وجود پرتو های کیهانی دمای گازهای منبسط شده در کیهان، حداقل 2.7 کلوین می باشد. ولی انبساط سحابی بومرنگ، یک یخچال کیهانی پدید آورده است که گاز ها را تا دماهای بسیار پایین سرد می کند.
– سرد ترین جسم در جهان چیست ؟
بعضی از قطعات رصدخانه فضایی پلانک، متعلق به آژانس فضایی اروپا که در ماه می سال 2009 پرتاپ شده است، تا دمای 0.1 کلوین سرد شده اند تا نوییز های ناشی از پرتوهای کیهانی را متوقف کنند. بدین منظور، محیط اطراف (فضا!)، سیکل های مکانیکی و تبریدی با استفاده از گاز هلیوم و هیدروژن در 4 مرحله، دما را تا این حد پایین می آورند.
– کمترین دمایی که در آزمایشگاه به آن دست یافته اند، چقدر است؟
کمترین دمای اندازه گیری شده در جهان، در همین زمین ثبت شده است! در سال 2003، دانشمندان در انستیتوی تکنولوژی ماساچوست (MIT) اعلام کردند که ابری از اتم های سدیم را تا دمای 0.45 نانوکلوین (0.00000000045 کلوین!) سرد کردند! قبل تر در سال 1999، دانشمندان دانشگاه صنعتی هلسینکی (فنلاند) قطعه ای از فلز رودیوم را به دمای 0.1 نانوکلوین (0.0000000001 کلوین!) رساندند. با این حال این دما (0.1 نانوکلوین) فقط برای نوع خاصی ازجنبش(چرخش هسته ای) به دست آمد و برای تمام جنبش های ممکن، حاصل نشد.
– رفتار عجیب گازها که در دماهای پایین چگونه است ؟
در جامدات، مایعات و گازهای روزمره، با افزایش جنب و جوش اتم ها، انرژی گرمایی افزایش می یابد. اما در دماهای بسیار پایین، قوانین عجیب مکانیک کوانتومی حکمفرماست. مولکول ها دیگر تصادم همرفتی ندارند. در عوض امواج مکانیک کوانتومی، گسترش و همپوشانی می یابند. زمانی که همپوشانی اتفاق می افتد، چگالش بوز-انیشتین صورت می گیرد و هر یک از اتم ها به صورت یک سوپر اتم عمل می کنند. نخستین چگالش بوز-انیشتین در سال 1995 در کلورادو بر روی اتم های روبیدیوم صورت گرفت و آن را تا دمای 170- سرد کرد.
منبع : NewScientist.com
سلام
ممنونم از مطلب خوبتون. اما به نظرم در مورد دما در دهانه آتشفشانی ماه اشتباه شده است. چون دما کمتر از صفر مطلق می شود.
@شهرام یزدان پناه, دمای 240- تقریباً برابر 33.15 کلوین است و البته بیشتر از صفر مطلق :)
خیلی مطلبه عالی بود، ممنون :)
سلام
ممنون از اطلاعی که می دی
اصلا دمای مطلق چیه؟!
@ا, دمای مطلق، دمایی است که بر مبنای یک تئوری ترمودینامیک بنا شده است. صفر مطلق (صفر کلوین) معادل دمای 273.15 درجه زیر صفر سانتیگراد است. (یعنی 273.15-) …
بنابر این برای محاسبه ی دمای مطلق، کافیست دمای سانتیگراد را به اضافه ی 273.15 بکنید.
@سینا, البته سیلیسیوس + کلوین نه منها.
مرسی از مطلب عالیتون.
@علیرضا, بله درست میفرمایید :)
با سلام و تشکر از سایت خوبتون
در مورد دمایم طلق من فکر میکنم دمایی باشه که صفر اون، پایین ترین دمای موجود باشه.
دو نوع دمای مطلق داریم، درجه ی کلوین و درجه ی رانکین که در صفر مطلق، هم درجه ی رانکین صفر هستش و هم درجه ی کلوین
دو تا دمای نسبی هم داریم، درجه سانتیگراد و درجه فارنهایت که دیگه صفرشون، صفر مطلق نیست.
@ابوالفضل محمدی, ممنون از توضیحاتتون :) نمیشه صفر مطلق رو پایین ترین دمای موجود توصیف کرد. در واقع صفر مطلق دست یافتنی نیست، بنابراین نمیتواند “موجود” باشد :)
@سینا,
ممنونم به خاطر نکته سنجیتون. شاید عبارت پایین ترین دمای “تئوری موجود” بهترباشه. البته رو خود “وجود” هم میشه بحث کرد. شاید واقعاً موجود باشه ولی هنوز انسان نتونسته پیداش کنه :D
@ابوالفضل محمدی, برای دستیابی به صفر مطلق، به یک منبع انرژی بینهایت نیاز داریم.
دستت در نكنه خيلي جالب بود اميدوارم هميشه موفق باشي
سلام مطلبت جالبه کار منو که راه انداخت…..
روی چه حسابی میکن پایین تر از -273.15 نمیشه رفت؟!
مگه کسی تا اون دما رفته رفته!؟ شاید کمترش هم باشه….ما نتونستیم برسیم بهش
پس حتما بائیه فرمولی این رو گفتن، شما نمیدونی روی چه اصلی این حرف رو زدن؟
@احمد, این موضوع ترکیبی از قراردادها (در مورد درجه بندی سنجش دما) و قوانین ترمودینامیک است. طبق قوانین ترمودینامیک، دستیابی به صفرِ کلوین، نیاز به انرژی به مقدار بی نهایت دارد.
سوال بسیار خوبی بود. من هم از جوابش قانع نشدم.
@ابوالفضل محمدی, برای آشنایی بیشتر بهتره کتاب های “ترمودینامیک کلاسیک پیشرفته” رو مطالعه کنید. این که چرا نمیشه از این دما پایین تر رفت، مربوط به تعاریف و قراردادهاست. بحثِ این عدد نیست! ممکنه من یک قرارداد وضع کنم که دمای صفر کلوین معادل دمای 4895- سینا (واحد جدید!) باشه. بحثِ اینه که دمایی وجود داره که به نوعی به صورت “مرز” هست. شاید در آینده مطلبی در رابطه با این موضوع بنویسم :)
مطلب جالبی بود اما دو تا نکته رو باید بگم.
یکی اینکه هلسینکی پایتختِ فنلاند است، و دانشگاهِ هلسینکی هم توی فنلاند است نه لهستان.
دوم اینکه چگالش بوز- اینشتین صحیح است.
@farzaneh, ممنون، اصلاح شد :)
سلام اگه میشه آزمایش کلوین در مورد صفر مطلق رو هم بنویسید
ممنون
حلالمون کن آقا سینا 2 خط از مطلباتو نوشتم ببرم سر کلاس 2 نمره بگیرم
عالی بود ممنون…
میشه بگید چرا دماسنج های پزشکی رو از جیوه می سازند؟
جالب بود مخصوصا واسه من ک احتیاج دارم ب اینجور مطالب ولی ی سوال واسم پیش اومده ینی دبیرم ازم خواسته میخوام بدونم آیا دمایی پایین تر از دمای 273- وجود داره؟ذهنمو خیلی مشغول کرده اگ ممکنه جوابمو بدین.
@کژال, دمای 273.15- درجه سانتیگراد، دمای صفر کلوین است و بر مبنای نظریه ها و قوانین ترمودینامیک، این دمای مبدا است! پس پایین تر از این دما وجود ندارد! ضمن اینکه رسیدن به همین دما نیز غیر ممکن است.
بازم ببخشید الان داشتم نظرارو میخوندم دیدم ی اشاره ب سوال منم کردین اگ میبینین ک جواب من فرق داره لطفا جواب بدین اگرم نداره بهم بگین ب کجای مطالبتون بیشتر دقت کنم؟
@کژال, پاسخم به آقای ابوالفضل محمدی که چند کامنت قبل هست را مطالعه کنید :)
مرسی ممنون آقا سینا.:-);-)
سلام.مقیاس رانکین چجوری درست شده؟چه فرقی با کلوین می کنه؟