Hva er absolutt temperatur?

Absolutt temperatur er temperaturen målt ved hjelp av en skala som begynner på null, og den null er den kaldeste teoretisk oppnåelige temperaturen i naturen. Det er to vanlige absolutte temperaturskalaer avledet fra Fahrenheit-skalaen og Celsius- eller centigrade-skalaen. Den førstnevnte er Rankine-skalaen, og den siste er Kelvin-skalaen. Selv om de fremdeles brukes til vanlige formål, er både Celsius- og Fahrenheit-skalaene, med deres lavere sluttverdi under null, mindre ønskelige for beregningsvitenskapelige formål. Null grader Rankine er identisk med null grader Celsius.

Enkelt sagt er temperatur en indikator på hvor varm eller hvor kald en gjenstand er i forhold til andre objekter. Siden temperaturene varierer etter årstid og situasjon, ble det utviklet en skala komplett med mellomliggende graderinger for å muliggjøre sammenligninger. To faste punkter er nødvendig for å lage en nyttig skala - en global, ufravikelig standard. Det logiske valget å basere standardtemperaturskalaene på var vann, siden det er rikelig, tilgjengelig, endrer tilstand ved visse temperaturer og kan lett renses. Som nevnt ovenfor, er temperatur imidlertid relatert til varme, og varme er relatert til et mer grunnleggende nivå til atom- og molekylær bevegelse.

Energi kan tas opp av atomer og molekyler på mange forskjellige måter, for eksempel gjennom elektroneksitasjon, overføring av et elektron fra en lavere til en høyere orbitaltilstand. Generelt blir imidlertid energi absorbert og øker bevegelsen til hele atomet eller molekylet. Den energien - energien som fører til "kinesis" eller bevegelse - er kinetisk energi. Det er en ligning som binder kinetisk energi til varme: E = 3/2 kT, hvor E er den gjennomsnittlige kinetiske energien til et system, k er Boltzmann-konstanten og T er den absolutte temperaturen i grader Kelvin. Merk at i denne beregningen, hvis den absolutte temperaturen er null, indikerer ligningen at det ikke er noen kinetisk energi eller bevegelse i det hele tatt.

En slags energi eksisterer faktisk fremdeles ved null grader absolutt temperatur, selv om dette ikke er hva den klassiske fysikklikningen ovenfor indikerer. Gjenværende bevegelse er forutsagt av kvantemekanikken og er assosiert med en spesifikk type energi som kalles "nullpunkt vibrasjonsenergi." Kvantitativt kan denne energien beregnes matematisk fra ligningen for en kvanteharmonisk oscillator og med kunnskap om Heisenberg Usikkerhetsprinsipp. Dette fysikkprinsippet dikterer at det ikke er mulig å kjenne både posisjonen og momentumet til veldig bittesmå partikler, og hvis plasseringen er kjent, må partikkelen beholde en liten vibrasjonskomponent.