Что такое абсолютная температура?

Абсолютная температура - это температура, измеренная с использованием шкалы, начинающейся с нуля, причем этот ноль является самой холодной теоретически достижимой температурой в природе. Существуют две общие шкалы абсолютных температур, полученные из шкалы Фаренгейта и шкалы Цельсия или Цельсия. Первая - это шкала Ренкина, а вторая - шкала Кельвина. Хотя шкалы Цельсия и Фаренгейта все еще используются для обычных целей, их нижнее значение ниже нуля, они менее желательны для вычислительных научных целей. Нулевые градусы Ранкина идентичны нулевым градусам Цельсия.

Проще говоря, температура является показателем того, насколько горячий или холодный объект относительно других объектов. Поскольку температуры варьируются в зависимости от сезона и ситуации, была разработана шкала с промежуточными градациями, позволяющая проводить сравнения. Для создания полезной шкалы необходимы две фиксированные точки - глобальный неизменный стандарт. Логическим выбором, на котором базировались стандартные температурные шкалы, была вода, поскольку она в изобилии, доступна, изменяет состояние при определенных температурах и может быть легко очищена. Как упоминалось выше, однако, температура относится к теплу, а тепло относится на более базовом уровне к движению атомов и молекул.

Энергия может быть поглощена атомами и молекулами различными способами, такими как электронное возбуждение, перенос электрона из нижнего орбитального состояния в более высокое. В целом, однако, энергия поглощается и увеличивает движение всего атома или молекулы. Эта энергия - энергия, ведущая к «кинезу» или движению, - это кинетическая энергия. Существует уравнение, связывающее кинетическую энергию с теплом: E = 3/2 кТ, где E - средняя кинетическая энергия системы, k - постоянная Больцмана, а T - абсолютная температура в градусах Кельвина. Обратите внимание, что в этом расчете, если абсолютная температура равна нулю, уравнение указывает на отсутствие кинетической энергии или движения вообще.

Вид энергии на самом деле все еще существует при абсолютной температуре, равной нулю градусов, хотя это не то, на что указывает приведенное выше уравнение классической физики. Оставшееся движение предсказывается квантовой механикой и связано с определенным типом энергии, называемой «энергией колебаний нулевой точки». Количественно эта энергия может быть рассчитана математически из уравнения для квантового гармонического осциллятора и с учетом принципа неопределенности Гейзенберга. Этот принцип физики гласит, что невозможно знать как положение, так и импульс очень крошечных частиц, поэтому, если местоположение известно, частица должна сохранять крошечный колебательный компонент.