Che cos'è la temperatura assoluta?
La temperatura assoluta è la temperatura misurata usando una scala che inizia da zero, con quello zero che è la temperatura teoricamente più fredda raggiungibile in natura. Esistono due scale di temperatura assoluta comuni derivate dalla scala Fahrenheit e dalla scala Celsius o centigrado. Il primo è la scala di Rankine e il secondo è la scala di Kelvin. Sebbene siano ancora utilizzate per scopi ordinari, entrambe le scale Celsius e Fahrenheit, con il valore inferiore inferiore a zero, sono meno desiderabili per scopi scientifici computazionali. Zero gradi Rankine è identico a zero gradi Celsius.
In poche parole, la temperatura è un indicatore di quanto sia caldo o freddo un oggetto rispetto ad altri oggetti. Poiché le temperature variano a seconda della stagione e della situazione, è stata sviluppata una scala completa di gradazioni intermedie per consentire confronti. Per creare una scala utile sono necessari due punti fissi: uno standard globale e invariabile. La scelta logica su cui basare le scale di temperatura standard è stata l'acqua, poiché è abbondante, accessibile, cambia stato a determinate temperature e può essere prontamente purificata. Come accennato in precedenza, tuttavia, la temperatura si riferisce al calore e il calore si riferisce a un livello più elementare al movimento atomico e molecolare.
L'energia può essere assorbita dagli atomi e dalle molecole in vari modi, ad esempio attraverso l'eccitazione elettronica, il trasferimento di un elettrone da uno stato orbitale inferiore a uno superiore. In generale, tuttavia, l'energia viene assorbita e aumenta il movimento dell'intero atomo o molecola. Quell'energia - l'energia che porta alla "cinesi" o movimento - è energia cinetica. Esiste un'equazione che lega l'energia cinetica al calore: E = 3/2 kT, dove E è l'energia cinetica media di un sistema, k è la costante di Boltzmann e T è la temperatura assoluta in gradi Kelvin. Si noti che in questo calcolo, se la temperatura assoluta è zero, l'equazione indica che non vi è alcuna energia cinetica o movimento.
In realtà esiste ancora un tipo di energia a zero gradi di temperatura assoluta, anche se questo non è ciò che indica l'equazione di fisica classica sopra. Il movimento rimanente è previsto dalla meccanica quantistica ed è associato a un tipo specifico di energia chiamato "energia vibrazionale del punto zero". Quantitativamente, questa energia può essere calcolata matematicamente dall'equazione di un oscillatore armonico quantistico e con la conoscenza del principio di incertezza di Heisenberg. Tale principio di fisica impone che non sia possibile conoscere sia la posizione che il momento di particelle molto piccole, quindi se la posizione è nota, la particella deve conservare una minuscola componente vibrazionale.