Wat is de absolute temperatuur?

Absolute temperatuur is de temperatuur gemeten met behulp van een schaal beginnend bij nul, waarbij die nul de koudst theoretisch haalbare temperatuur in de natuur is. Er zijn twee algemene absolute temperatuurschalen afgeleid van de Fahrenheit-schaal en de Celsius-schaal. De eerste is de Rankineschaal en de laatste is de Kelvin-schaal. Hoewel nog steeds gebruikt voor gewone doeleinden, zijn zowel de Celsius- als de Fahrenheit-schaal, met hun lagere eindwaarde onder nul, minder wenselijk voor computationele wetenschappelijke doeleinden. Nul graden Rankine is identiek aan nul graden Celsius.

Simpel gezegd, temperatuur is een indicatie van hoe warm of hoe koud een object is ten opzichte van andere objecten. Omdat de temperaturen variëren afhankelijk van het seizoen en de situatie, werd een schaal compleet met tussentijdse gradaties ontwikkeld om vergelijkingen mogelijk te maken. Er zijn twee vaste punten nodig om een ​​bruikbare schaal te creëren - een wereldwijde, onveranderlijke standaard. De logische keuze om de standaard temperatuurschalen te baseren was water, omdat het overvloedig, toegankelijk is, van toestand verandert bij bepaalde temperaturen en gemakkelijk kan worden gezuiverd. Zoals hierboven vermeld, heeft temperatuur echter betrekking op warmte en heeft warmte op een meer basisch niveau betrekking op atomaire en moleculaire beweging.

Energie kan op verschillende manieren worden geabsorbeerd door atomen en moleculen, zoals door elektronenexcitatie, de overdracht van een elektron van een lagere naar een hogere orbitale toestand. In het algemeen wordt echter energie geabsorbeerd en verhoogt de beweging van het gehele atoom of molecuul. Die energie - de energie die leidt tot 'kinesis' of beweging - is kinetische energie. Er is een vergelijking die kinetische energie met warmte verbindt: E = 3/2 kT, waarbij E de gemiddelde kinetische energie van een systeem is, k de Boltzmann-constante is en T de absolute temperatuur in graden Kelvin is. Merk op dat in deze berekening, als de absolute temperatuur nul is, de vergelijking aangeeft dat er helemaal geen kinetische energie of beweging is.

Een soort energie bestaat eigenlijk nog steeds bij nul graden absolute temperatuur, hoewel dit niet is wat de klassieke fysica-vergelijking hierboven aangeeft. Resterende beweging wordt voorspeld door de kwantummechanica en wordt geassocieerd met een specifiek type energie dat de "nulpunt vibratie-energie" wordt genoemd. Kwantitatief kan deze energie wiskundig worden berekend uit de vergelijking voor een kwantumharmonische oscillator en met kennis van het Heisenberg Onzekerheidsprincipe. Dat fysische principe dicteert dat het niet mogelijk is om zowel de positie als het momentum van zeer kleine deeltjes te kennen, dus als de locatie bekend is, moet het deeltje een minuscule trillingscomponent behouden.