Co je absolutní teplota?

Absolutní teplota je teplota měřená pomocí stupnice začínající na nule, přičemž tato nula je nejchladnější teoreticky dosažitelnou teplotou v přírodě. Existují dvě běžné stupnice absolutní teploty odvozené od stupnice Fahrenheita a stupnice Celsia nebo Celsia. První z nich je Rankinova stupnice a druhá je Kelvinova stupnice. Ačkoli se stále používají pro běžné účely, jak stupnice Celsia, tak Fahrenheita se svou dolní hodnotou pod nulou jsou pro výpočetní vědecké účely méně žádoucí. Nula stupňů Rankine je identická s nulovými stupni Celsia.

Jednoduše řečeno, teplota je ukazatelem toho, jak horký nebo jak studený je předmět vůči jiným objektům. Protože teploty se liší v závislosti na ročním období a situaci, byla vyvinuta stupnice kompletní se střední gradací, která umožňuje srovnání. K vytvoření užitečné stupnice jsou zapotřebí dva pevné body - globální, neměnný standard. Logickou volbou, na které se zakládají standardní teplotní stupnice, byla voda, protože je hojná, přístupná, mění stav při určitých teplotách a lze ji snadno vyčistit. Jak je uvedeno výše, teplota se však vztahuje na teplo a teplo se na základní úrovni týká atomového a molekulárního pohybu.

Energie může být absorbována atomy a molekulami různými způsoby, například prostřednictvím excitace elektronů, přenosu elektronů z nižšího na vyšší orbitální stav. Obecně se však energie absorbuje a zvyšuje pohyb celého atomu nebo molekuly. Tato energie - energie vedoucí k „kineze“ nebo pohybu - je kinetická energie. Existuje rovnice, která váže kinetickou energii na teplo: E = 3/2 kT, kde E je průměrná kinetická energie systému, k je Boltzmannova konstanta a T je absolutní teplota ve stupních Kelvinů. Všimněte si, že v tomto výpočtu, pokud je absolutní teplota nulová, rovnice znamená, že neexistuje žádná kinetická energie ani pohyb.

Druh energie ve skutečnosti stále existuje při nulové absolutní teplotě, i když to není to, co naznačuje výše uvedená rovnice klasické fyziky. Zbývající pohyb je předpovídán kvantovou mechanikou a je spojen se specifickým typem energie zvané „vibrační energie s nulovým bodem“. Kvantitativně lze tuto energii vypočítat matematicky z rovnice pro kvantový harmonický oscilátor a se znalostí Heisenbergova principu nejistoty. Tento princip fyziky diktuje, že není možné znát polohu ani hybnost velmi malých částic, a proto pokud je toto umístění známé, musí si částice zachovat nepatrnou vibrační složku.