Was ist die absolute Temperatur?
Die absolute Temperatur ist die Temperatur, die mit einer Skala gemessen wird, die bei Null beginnt, wobei diese Null die kälteste theoretisch erreichbare Temperatur in der Natur ist. Es gibt zwei gebräuchliche absolute Temperaturskalen, die von der Fahrenheit-Skala und der Celsius- oder Celsius-Skala abgeleitet sind. Ersteres ist die Rankine-Skala und letzteres die Kelvin-Skala. Obwohl immer noch für gewöhnliche Zwecke verwendet, sind sowohl die Celsius- als auch die Fahrenheit-Skala mit ihrem unteren Endwert unter Null für rechnerwissenschaftliche Zwecke weniger wünschenswert. Null Grad Rankine ist identisch mit Null Grad Celsius.
Einfach ausgedrückt ist die Temperatur ein Indikator dafür, wie heiß oder wie kalt ein Objekt im Verhältnis zu anderen Objekten ist. Da die Temperaturen je nach Jahreszeit und Situation variieren, wurde eine Skala mit Zwischenstufen entwickelt, um Vergleiche zu ermöglichen. Zwei feste Punkte sind erforderlich, um eine nützliche Skala zu erstellen - ein globaler, unveränderlicher Standard. Die logische Wahl, auf der die Standardtemperaturskalen basieren, war Wasser, da es reichlich vorhanden und zugänglich ist, bei bestimmten Temperaturen den Zustand ändert und leicht gereinigt werden kann. Wie oben erwähnt, bezieht sich die Temperatur jedoch auf Wärme und die Wärme auf einer grundlegenderen Ebene auf die atomare und molekulare Bewegung.
Energie kann auf verschiedene Arten von Atomen und Molekülen absorbiert werden, beispielsweise durch Elektronenanregung, den Transfer eines Elektrons von einem niedrigeren in einen höheren Orbitalzustand. Im Allgemeinen wird jedoch Energie absorbiert und die Bewegung des gesamten Atoms oder Moleküls erhöht. Diese Energie - die Energie, die zur "Kinesis" oder Bewegung führt - ist kinetische Energie. Es gibt eine Gleichung, die kinetische Energie an Wärme bindet: E = 3/2 kT, wobei E die durchschnittliche kinetische Energie eines Systems ist, k die Boltzmann-Konstante ist und T die absolute Temperatur in Grad Kelvin ist. Beachten Sie, dass bei dieser Berechnung, wenn die absolute Temperatur Null ist, die Gleichung angibt, dass überhaupt keine kinetische Energie oder Bewegung vorhanden ist.
Eine Art von Energie existiert tatsächlich noch bei einer absoluten Temperatur von null Grad, obwohl dies nicht in der klassischen physikalischen Gleichung oben angegeben ist. Die verbleibende Bewegung wird von der Quantenmechanik vorhergesagt und ist mit einer bestimmten Art von Energie verbunden, die als "Nullpunkt-Schwingungsenergie" bezeichnet wird. Quantitativ kann diese Energie mathematisch aus der Gleichung für einen quantenharmonischen Oszillator und mit Kenntnis des Heisenbergschen Unsicherheitsprinzips berechnet werden. Dieses Prinzip der Physik schreibt vor, dass es nicht möglich ist, sowohl die Position als auch den Impuls sehr kleiner Teilchen zu kennen. Wenn also der Ort bekannt ist, muss das Teilchen eine winzige Schwingungskomponente behalten.