Co to jest temperatura bezwzględna?

Temperatura bezwzględna to temperatura mierzona za pomocą skali rozpoczynającej się od zera, przy czym to zero jest najzimniejszą możliwą do osiągnięcia teoretycznie temperaturą w przyrodzie. Istnieją dwie wspólne skale temperatury absolutnej pochodzące ze skali Fahrenheita i skali Celsjusza lub skali Celsjusza. Pierwsza to skala Rankine'a, a druga to skala Kelvina. Chociaż nadal używane do zwykłych celów, zarówno skala Celsjusza, jak i Fahrenheita, z ich dolną wartością końcową poniżej zera, są mniej pożądane do obliczeniowych celów naukowych. Zero stopni Rankine jest identyczny jak zero stopni Celsjusza.

Mówiąc najprościej, temperatura jest wskaźnikiem tego, jak gorący lub jak zimny jest przedmiot w stosunku do innych obiektów. Ponieważ temperatury różnią się w zależności od sezonu i sytuacji, opracowano skalę z pośrednimi gradacjami, aby umożliwić porównania. Potrzebne są dwa stałe punkty, aby stworzyć użyteczną skalę - globalny, niezmienny standard. Logicznym wyborem, na którym oparto standardowe skale temperatur, była woda, ponieważ jest bogata, dostępna, zmienia stan w określonych temperaturach i może być łatwo oczyszczona. Jak wspomniano powyżej, temperatura odnosi się do ciepła, a ciepło odnosi się na bardziej podstawowym poziomie do ruchu atomowego i molekularnego.

Energia może być absorbowana przez atomy i cząsteczki na różne sposoby, na przykład poprzez wzbudzanie elektronów, przenoszenie elektronu z niższego do wyższego stanu orbitalnego. Ogólnie jednak energia jest absorbowana i zwiększa ruch całego atomu lub cząsteczki. Ta energia - energia prowadząca do „kinezy” lub ruchu - jest energią kinetyczną. Istnieje równanie, które wiąże energię kinetyczną z ciepłem: E = 3/2 kT, gdzie E jest średnią energią kinetyczną układu, k jest stałą Boltzmanna, a T jest temperaturą bezwzględną w stopniach Kelvina. Zauważ, że w tym obliczeniu, jeśli temperatura bezwzględna wynosi zero, równanie wskazuje, że w ogóle nie ma energii kinetycznej ani ruchu.

Rodzaj energii faktycznie nadal istnieje w temperaturze absolutnej zero stopni, nawet jeśli nie jest to wskazane powyżej powyższe równanie fizyki klasycznej. Pozostały ruch jest przewidywany przez mechanikę kwantową i jest powiązany z określonym rodzajem energii zwanym „energią wibracyjną punktu zerowego”. Ilościowo energię tę można obliczyć matematycznie z równania dla kwantowego oscylatora harmonicznego i ze znajomością zasady nieoznaczoności Heisenberga. Ta zasada fizyki dyktuje, że nie jest możliwe poznanie zarówno pozycji, jak i pędu bardzo małych cząstek, dlatego jeśli lokalizacja jest znana, cząstka musi zachować maleńki składnik wibracyjny.