Zero absolut corespunde unei temperaturi de -273,15 °C.

Se crede că zero absolutîn practică de neatins. Existența și poziția sa pe scara temperaturii rezultă din extrapolarea fenomenelor fizice observate, iar o astfel de extrapolare arată că la zero absolut energia mișcării termice a moleculelor și atomilor unei substanțe ar trebui să fie egală cu zero, adică mișcarea haotică a particulelor. se oprește și formează o structură ordonată, ocupând poziție clară în nodurile rețelei cristaline. Cu toate acestea, de fapt, chiar și la temperatura zero absolută, mișcările regulate ale particulelor care alcătuiesc materia vor rămâne. Oscilațiile rămase, cum ar fi oscilațiile în punctul zero, se datorează proprietăților cuantice ale particulelor și vidului fizic care le înconjoară.

În prezent, în laboratoarele de fizică s-au putut obține temperaturi care depășesc zero absolut cu doar câteva milionimi de grad; a-l realiza singur, conform legilor termodinamicii, este imposibil.

Note

Literatură

• G. Burmin. Asalt la zero absolut. - M.: „Literatura pentru copii”, 1983.

Vezi si

Fundația Wikimedia. 2010.

Vedeți ce este „zero absolut” în alte dicționare:

ZERO ABSOLUT, temperatura la care toate componentele sistemului au cea mai mică cantitate de energie permisă de legile MECANICII CANTICE; zero pe scara de temperatură Kelvin sau 273,15°C (459,67° Fahrenheit). La temperatura asta... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

Temperatura este limita minimă de temperatură care poate fi corpul fizic. Zero absolut servește ca punct de plecare pentru o scară de temperatură absolută, cum ar fi scala Kelvin. Pe scara Celsius, zero absolut corespunde unei temperaturi de −273 ... Wikipedia

TEMPERATURA ZERO ABSOLUT- începutul scalei de temperatură termodinamică; situat la 273,16 K (Kelvin) sub (vezi) apă, i.e. egal cu 273,16°C (Celsius). Zero absolut este cea mai scăzută temperatură din natură și practic de neatins... Marea Enciclopedie Politehnică

Aceasta este limita minimă de temperatură pe care o poate avea un corp fizic. Zero absolut servește ca punct de plecare pentru o scară de temperatură absolută, cum ar fi scala Kelvin. Pe scara Celsius, zero absolut corespunde unei temperaturi de −273,15 °C.... ... Wikipedia

Temperatura zero absolut este limita minimă de temperatură pe care o poate avea un corp fizic. Zero absolut servește ca punct de plecare pentru o scară de temperatură absolută, cum ar fi scala Kelvin. Pe scara Celsius, zero absolut corespunde... ... Wikipedia

Razg. Neglijat O persoană nesemnificativă, nesemnificativă. FSRY, 288; BTS, 24; ZS 1996, 33...

zero- zero absolut … Dicționar de idiomuri rusești

Zero și zero substantiv, m., folosit. comparaţie adesea Morfologie: (nu) ce? zero și zero, de ce? zero și zero, (vezi) ce? zero și zero, ce? zero și zero, ce zici? aproximativ zero, zero; pl. Ce? zerouri și zerouri, (nu) ce? zerouri și zerouri, de ce? zerouri și zerouri, (văd)… … Dicţionar Dmitrieva

Zero absolut (zero). Razg. Neglijat O persoană nesemnificativă, nesemnificativă. FSRY, 288; BTS, 24; ZS 1996, 33 V zero. 1. Jarg. ei spun Glumind. fier. Despre intoxicație severă. Yuganovs, 471; Vakhitov 2003, 22. 2. Zharg. muzică Exact, în deplină conformitate cu... ... Dicționar mare zicale rusești

absolut- absurditate absolută, autoritate absolută, impecabilitate absolută, dezordine absolută, ficțiune absolută, imunitate absolută, lider absolut, minim absolut, monarh absolut, moralitate absolută, zero absolut... Dicționar de idiomuri rusești

Cărți

• Zero absolut, Pavel absolut. Viața tuturor creațiilor omului de știință nebun din rasa Nes este foarte scurtă. Dar următorul experiment are șansa să existe. Ce îl așteaptă înainte?...

Termenul de „temperatură” a apărut într-un moment în care fizicienii credeau că corpurile calde constau mai mult dintr-o substanță specifică - calorică - decât aceleași corpuri, dar reci. Iar temperatura a fost interpretată ca o valoare corespunzătoare cantității de calorii din organism. De atunci, temperatura oricărui corp a fost măsurată în grade. Dar, de fapt, este o măsură a energiei cinetice a moleculelor în mișcare și, pe baza acesteia, ar trebui măsurată în Jouli, în conformitate cu Sistemul de unități C.

Conceptul de „temperatura zero absolut” provine din a doua lege a termodinamicii. Potrivit acestuia, procesul de transfer de căldură de la un corp rece la unul cald este imposibil. Acest concept a fost introdus de fizicianul englez W. Thomson. Pentru realizările sale în fizică, a primit titlul de nobilime „Lord” și titlul de „Baron Kelvin”. În 1848, W. Thomson (Kelvin) a propus să folosească o scală de temperatură în care a luat ca punct de pornire temperatura zero absolută, corespunzătoare frigului extrem, și a luat grade Celsius ca valoare de diviziune. Unitatea Kelvin este 1/27316 din temperatura punctului triplu al apei (aproximativ 0 grade C), i.e. temperatura la care apa pura Se găsește imediat sub trei forme: gheață, apă lichidă și abur. temperatura este temperatura minimă posibilă scăzută la care se oprește mișcarea moleculelor și nu mai este posibilă extragerea din substanță energie termală. De atunci, scala de temperatură absolută a fost numită după el.

Temperatura este măsurată pe diferite scări

Scala de temperatură cea mai frecvent utilizată se numește scala Celsius. Se bazează pe două puncte: temperatura tranziției de fază a apei de la lichid la abur și apă la gheață. A. Celsius în 1742 a propus împărțirea distanței dintre punctele de referință în 100 de intervale și luarea apei ca zero, cu punctul de îngheț la 100 de grade. Dar suedezul K. Linnaeus a sugerat să se facă opusul. De atunci, apa a înghețat la zero grade A. Celsius. Deși ar trebui să fiarbă exact la Celsius. Zero absolut Celsius corespunde cu minus 273,16 grade Celsius.

Există mai multe scări de temperatură: Fahrenheit, Reaumur, Rankin, Newton, Roemer. Au prețuri diferite de diviziune. De exemplu, scara Reaumur este construită și pe punctele de referință de fierbere și înghețare a apei, dar are 80 de diviziuni. Scara Fahrenheit, care a apărut în 1724, este folosită în viața de zi cu zi doar în unele țări ale lumii, inclusiv în SUA; una este temperatura amestecului de apă gheață și amoniac, iar cealaltă este temperatura corpului uman. Scara este împărțită în o sută de diviziuni. Zero Celsius corespunde 32 Conversia grade Fahrenheit se poate face folosind formula: F = 1,8 C + 32. Conversie inversă: C = (F - 32)/1,8, unde: F - grade Fahrenheit, C - grade Celsius. Dacă vă este prea lene să numărați, accesați un serviciu online pentru conversia Celsius în Fahrenheit. În casetă, introduceți numărul de grade Celsius, faceți clic pe „Calculați”, selectați „Fahrenheit” și faceți clic pe „Start”. Rezultatul va apărea imediat.

Numit după fizicianul englez (mai precis scoțian) William J. Rankin, care a fost contemporan cu Kelvin și unul dintre creatorii termodinamicii tehnice. Există trei puncte importante în scara sa: începutul este zero absolut, punctul de îngheț al apei este de 491,67 grade Rankine și punctul de fierbere al apei este de 671,67 grade. Numărul de diviziuni dintre înghețarea apei și fierberea acesteia atât pentru Rankine, cât și pentru Fahrenheit este de 180.

Majoritatea acestor cântare sunt folosite exclusiv de fizicieni. Iar 40% dintre liceenii americani chestionați astăzi au spus că nu știu ce este temperatura zero absolut.

Zero absolut (zero absolut) - începutul temperaturii absolute, începând de la 273,16 K sub punctul triplu al apei (punctul de echilibru a trei faze - gheață, apă și vapori de apă); La zero absolut, mișcarea moleculelor se oprește și ele sunt într-o stare de mișcare „zero”. Sau: temperatura cea mai scăzută la care o substanță nu conține energie termică.

Zero absolut start citirea temperaturii absolute. Corespunde la -273,16 °C. În prezent, în laboratoarele de fizică s-a putut obține o temperatură care depășește zero absolut cu doar câteva milionimi de grad, dar conform legilor termodinamicii, este imposibil de realizat. La zero absolut, sistemul ar fi într-o stare cu cea mai mică energie posibilă (în această stare, atomii și moleculele ar efectua vibrații „zero”) și ar avea entropie zero (zero tulburare). Volumul unui gaz ideal în punctul zero absolut trebuie să fie egal cu zero, iar pentru a determina acest punct, volumul de gaz heliu real este măsurat la secvenţial coborând temperatura până se lichefiază la presiune joasă (-268,9 ° C) și se extrapolează la temperatura la care volumul de gaz în absența lichefierii ar deveni zero. Temperatura absolută termodinamic scara se măsoară în kelvin, notat cu simbolul K. Absolut termodinamic scara și scara Celsius sunt pur și simplu compensate una de cealaltă și sunt legate prin raportul K = °C + 273,16 °.

Poveste

Cuvântul „temperatură” a apărut în acele zile când oamenii credeau că corpurile mai încălzite conțineau o cantitate mai mare de substanță specială - calorică - decât cele mai puțin încălzite. Prin urmare, temperatura a fost percepută ca puterea unui amestec de materie corporală și calorică. Din acest motiv, unitățile de măsură pentru tăria băuturilor alcoolice și temperatură se numesc aceleași - grade.

Deoarece temperatura este energia cinetică a moleculelor, este clar că este cel mai natural să o măsuram în unități de energie (adică în sistemul SI în jouli). Cu toate acestea, măsurarea temperaturii a început cu mult înainte de crearea teoriei cinetice moleculare, astfel încât scalele practice măsoară temperatura în unități convenționale - grade.

scara Kelvin

Termodinamica folosește scara Kelvin, în care temperatura este măsurată de la zero absolut (starea corespunzătoare minimului posibil teoretic energie interna corp), iar un kelvin este egal cu 1/273,16 din distanța de la zero absolut la punctul triplu al apei (starea în care gheața, apa și vaporii de apă sunt în echilibru). Constanta lui Boltzmann este folosită pentru a converti kelvinii în unități de energie. Se mai folosesc unități derivate: kilokelvin, megakelvin, millikelvin etc.

Celsius

În viața de zi cu zi se folosește scara Celsius, în care 0 este punctul de îngheț al apei, iar 100° este punctul de fierbere al apei la presiunea atmosferică. Deoarece punctele de îngheț și de fierbere ale apei nu sunt bine definite, scala Celsius este definită în prezent folosind scala Kelvin: un grad Celsius este egal cu un kelvin, zero absolut este considerat a fi -273,15 °C. Scara Celsius este practic foarte convenabilă deoarece apa este foarte comună pe planeta noastră și viața noastră se bazează pe ea. Zero Celsius este un punct special pentru meteorologie, deoarece înghețarea apei atmosferice schimbă totul în mod semnificativ.

Fahrenheit

In Anglia si mai ales in SUA se foloseste scara Fahrenheit. În această scară, intervalul de la temperatura în sine este împărțit în 100 de grade. iarna receîn orașul în care locuia Fahrenheit, la temperatura corpului uman. Zero grade Celsius este 32 de grade Fahrenheit, iar un grad Fahrenheit este egal cu 5/9 grade Celsius.

Definiția acceptată în prezent a scalei Fahrenheit este: scara de temperatură, din care 1 grad (1 °F) este egal cu 1/180 din diferența dintre punctul de fierbere al apei și punctul de topire al gheții la presiunea atmosferică, iar punctul de topire al gheții este de +32 °F. Temperatura de pe scara Fahrenheit este legată de temperatura de pe scara Celsius (t °C) prin raportul t °C = 5/9 (t °F - 32), 1 °F = 5/9 °C. Propus de G. Fahrenheit în 1724.

Scara Reaumur

Propus în 1730 de R. A. Reaumur, care a descris termometrul cu alcool pe care l-a inventat.

Unitatea este gradul Reaumur (°R), 1 °R este egal cu 1/80 din intervalul de temperatură dintre punctele de referință - temperatura de topire a gheții (0 °R) și punctul de fierbere al apei (80 °R)

1 °R = 1,25 °C.

În prezent, cântarul a căzut din uz; a supraviețuit cel mai mult în Franța, patria autorului.

Compararea scalelor de temperatură

Temperatura normală a corpului uman este de 36,6 °C ±0,7 °C sau 98,2 °F ±1,3 °F. Valoarea obișnuită de 98,6 °F este o conversie exactă în Fahrenheit a valorii germane din secolul al XIX-lea de 37 °C. Deoarece această valoare nu se află în intervalul de temperatură normală conform conceptelor moderne, putem spune că conține o acuratețe excesivă (incorectă). Unele valori din acest tabel au fost rotunjite.

Comparație între scalele Fahrenheit și Celsius

(de- scara Fahrenheit, oC- scara Celsius)

Pentru a converti grade Celsius în Kelvin, trebuie să utilizați formula T=t+T 0 unde T este temperatura în kelvin, t este temperatura în grade Celsius, T 0 =273,15 kelvin. Mărimea unui grad Celsius este egală cu un kelvin.

Temperatura zero absolut

Temperatura limită la care volumul unui gaz ideal devine egal cu zero este luată ca temperatura zero absolut.

Să găsim valoarea zero absolut pe scara Celsius.
Echivalarea volumului Vîn formula (3.1) zero şi ţinând cont de faptul că

.

Prin urmare, temperatura zero absolut este

t= –273 °C. 2

Aceasta este temperatura extremă, cea mai scăzută din natură, acel „cel mai mare sau ultim grad de frig”, a cărui existență a prezis-o Lomonosov.

Cele mai ridicate temperaturi de pe Pământ — sute de milioane de grade — sunt obținute în timpul exploziilor de bombe termonucleare. Temperaturi chiar mai ridicate sunt tipice pentru regiunile interioare ale unor stele.

2 Valoare mai precisă a zero absolut: –273,15 °C.

scara Kelvin

Omul de știință englez W. Kelvin a prezentat scară absolută temperaturile Temperatura zero pe scara Kelvin corespunde cu zero absolut, iar unitatea de temperatură de pe această scară este egală cu un grad pe scara Celsius, deci temperatura absolută T este legată de temperatura pe scara Celsius prin formula

T = t + 273. (3.2)

În fig. 3.2 prezintă scara absolută și scara Celsius pentru comparație.

Unitatea SI a temperaturii absolute se numeste Kelvin(prescurtat ca K). Prin urmare, un grad pe scara Celsius este egal cu un grad pe scara Kelvin:

Astfel, temperatura absolută, conform definiției date de formula (3.2), este o mărime derivată care depinde de temperatura Celsius și de valoarea determinată experimental a a.

Cititor: Ce semnificație fizică are temperatura absolută?

Să scriem expresia (3.1) sub forma

.

Având în vedere că temperatura de pe scara Kelvin este legată de temperatura de pe scara Celsius prin relație T = t + 273, obținem

Unde T 0 = 273 K, sau

Deoarece această relație este valabilă pentru temperatură arbitrară T, atunci legea lui Gay-Lussac poate fi formulată după cum urmează:

Pentru o masă dată de gaz la p = const este valabilă următoarea relație:

Sarcina 3.1. La o temperatură T 1 = 300 K volum de gaz V 1 = 5,0 l. Determinați volumul de gaz la aceeași presiune și temperatură T= 400 K.

STOP! Decideți singuri: A1, B6, C2.

Problema 3.2.În timpul încălzirii izobare, volumul de aer a crescut cu 1%. Cu ce ​​procent a crescut temperatura absolută?

= 0,01.

Răspuns: 1 %.

Să ne amintim formula rezultată

STOP! Decideți singuri: A2, A3, B1, B5.

Legea lui Charles

Omul de știință francez Charles a stabilit experimental că dacă un gaz este încălzit astfel încât volumul său să rămână constant, presiunea gazului va crește. Dependența presiunii de temperatură are forma:

R(t) = p 0 (1 + b t), (3.6)

Unde R(t) – presiunea la temperatura t°C; R 0 – presiune la 0 °C; b este coeficientul de temperatură al presiunii, care este același pentru toate gazele: 1/K.

Cititor:În mod surprinzător, coeficientul de temperatură al presiunii b este exact egal cu coeficientul de temperatură al expansiunii volumetrice a!

Să luăm o anumită masă de gaz cu un volum V 0 la temperatura T 0 și presiune R 0 . Pentru prima dată, menținând constantă presiunea gazului, îl încălzim la o temperatură T 1 . Atunci gazul va avea un volum V 1 = V 0 (1 + a t) și presiune R 0 .

A doua oară, menținând constant volumul de gaz, îl încălzim la aceeași temperatură T 1 . Atunci gazul va avea presiune R 1 = R 0 (1 + b t) și volum V 0 .

Deoarece în ambele cazuri temperatura gazului este aceeași, legea Boyle-Mariotte este valabilă:

p 0 V 1 = p 1 V 0 Þ R 0 V 0 (1 + a t) = R 0 (1 + b t)V 0 Þ

Þ 1 + a t = 1 + b tÞ a = b.

Deci nu este de mirare că a = b, nu!

Să rescriem legea lui Charles în formă

.

Având în vedere că T = t°С + 273 °С, T 0 = 273 °C, obținem

Când buletinul meteorologic prezice temperaturi aproape de zero, nu ar trebui să mergeți la patinoar: gheața se va topi. Temperatura de topire a gheții este considerată a fi zero grade Celsius, cea mai comună scală de temperatură.
Suntem foarte familiarizați cu scara negativă a grade Celsius - grade<ниже нуля>, grade de frig. Cea mai scăzută temperatură de pe Pământ a fost înregistrată în Antarctica: -88,3°C. În afara Pământului sunt posibile temperaturi și mai scăzute: pe suprafața Lunii la miezul nopții lunare poate ajunge la -160°C.
Dar temperaturile arbitrar scăzute nu pot exista nicăieri. Temperatura extrem de scăzută - zero absolut - corespunde cu - 273,16° pe scara Celsius.
Scala de temperatură absolută, scala Kelvin, provine de la zero absolut. Gheața se topește la 273,16 ° Kelvin, iar apa fierbe la 373,16 ° K. Astfel, gradul K este egal cu gradul C. Dar pe scara Kelvin, toate temperaturile sunt pozitive.
De ce este 0°K limita rece?
Căldura este mișcarea haotică a atomilor și moleculelor unei substanțe. Când o substanță este răcită, energia termică este îndepărtată din ea și mișcarea aleatorie a particulelor este slăbită. În cele din urmă, cu răcire puternică, termică<пляска>particulele se opresc aproape complet. Atomii și moleculele ar îngheța complet la o temperatură considerată zero absolut. Conform principiilor mecanicii cuantice, la zero absolut ar fi mișcarea termică a particulelor care ar înceta, dar particulele în sine nu ar îngheța, deoarece nu pot fi în repaus complet. Astfel, la zero absolut particulele trebuie să păstreze în continuare un fel de mișcare, care se numește mișcare zero.

Cu toate acestea, a răci o substanță la o temperatură sub zero absolut este o idee la fel de lipsită de sens precum, să zicem, intenția<идти медленнее, чем стоять на месте>.

Mai mult, chiar și atingerea zeroului absolut exact este aproape imposibilă. Nu poți decât să te apropii de el. Pentru că în niciun caz nu poți lua absolut toată energia termică dintr-o substanță. O parte din energia termică rămâne la cea mai profundă răcire.
Cum obții temperaturi foarte scăzute?
Înghețarea unei substanțe este mai dificilă decât încălzirea acesteia. Acest lucru poate fi văzut chiar și dintr-o comparație între designul unui aragaz și al unui frigider.
În majoritatea frigiderelor de uz casnic și industriale, căldura este îndepărtată datorită evaporării unui lichid special - freonul, care circulă prin tuburile metalice. Secretul este că freonul poate rămâne în stare lichidă doar la o temperatură suficient de scăzută. ÎN camera frigorifica Datorită căldurii camerei se încălzește și fierbe, transformându-se în abur. Dar aburul este comprimat de compresor, lichefiat și intră în evaporator, completând pierderea de freon evaporat. Se consumă energie pentru a funcționa compresorul.
În dispozitivele de răcire profundă, purtătorul de rece este un lichid ultra-rece - heliu lichid. Incolor, usor (de 8 ori mai usor decat apa), fierbe sub presiune atmosferică la 4,2°K și în vid - la 0,7°K. O temperatură și mai scăzută este dată de izotopul luminos al heliului: 0,3°K.
Amenajarea unui frigider permanent cu heliu este destul de dificilă. Cercetarea se realizează pur și simplu în băi cu heliu lichid. Și pentru a lichefia acest gaz, fizicienii folosesc în diverse feluri. De exemplu, heliul pre-răcit și comprimat este expandat, eliberat printr-o gaură subțire într-o cameră de vid. În același timp, temperatura scade și mai mult și o parte din gaz se transformă în lichid. Este mai eficient nu numai să extindeți gazul răcit, ci și să îl forțați să lucreze - mutați pistonul.
Heliul lichid rezultat este depozitat în termosuri speciale - baloane Dewar. Costul acestui lichid foarte rece (singurul care nu îngheață la zero absolut) se dovedește a fi destul de mare. Cu toate acestea, heliul lichid este folosit din ce în ce mai pe scară largă în aceste zile, nu numai în știință, ci și în diferite dispozitive tehnice.
Cele mai scăzute temperaturi au fost atinse într-un mod diferit. Se pare că moleculele unor săruri, de exemplu alaunul potasiu-crom, se pot roti de-a lungul liniilor de forță magnetică. Această sare este pre-răcită cu heliu lichid la 1°K și plasată într-un câmp magnetic puternic. În acest caz, moleculele se rotesc de-a lungul liniilor de forță, iar căldura eliberată este luată de heliu lichid. Apoi câmpul magnetic este îndepărtat brusc, moleculele se întorc din nou în direcții diferite, iar

Acest lucru duce la răcirea în continuare a sării. Așa am obținut o temperatură de 0,001° K. Folosind o metodă similară în principiu, folosind alte substanțe, putem obține o temperatură și mai mică.
Cea mai scăzută temperatură obținută până acum pe Pământ este de 0,00001 ° K.

Superfluiditatea

O substanță înghețată la temperaturi foarte scăzute în băile de heliu lichid se schimbă vizibil. Cauciucul devine casant, plumbul devine dur ca oțelul și elastic, multe aliaje cresc rezistența.

Heliul lichid în sine se comportă într-un mod deosebit. La temperaturi sub 2,2 ° K, capătă o proprietate fără precedent pentru lichidele obișnuite - superfluiditatea: o parte din ea își pierde complet vâscozitatea și curge prin cele mai înguste fisuri fără frecare.
Acest fenomen a fost descoperit în 1937 de către fizicianul sovietic academicianul P. JI. Kapitsa, a fost explicat apoi de către academicianul JI. D. Landau.
Se dovedește că la temperaturi foarte scăzute legile cuantice ale comportamentului materiei încep să aibă un efect vizibil. După cum cere una dintre aceste legi, energia poate fi transferată de la corp la corp doar în porțiuni bine definite - cuante. Există atât de puține cuante de căldură în heliul lichid încât nu sunt suficiente pentru toți atomii. Partea de lichid, lipsită de cuante de căldură, rămâne ca la temperatura zero absolută atomii săi nu participă deloc la mișcarea termică aleatorie și nu interacționează în niciun fel cu pereții vasului. Această parte (a fost numită heliu-H) are superfluiditate. Pe măsură ce temperatura scade, heliul-P devine din ce în ce mai abundent, iar la zero absolut tot heliul s-ar transforma în heliu-H.
Superfluiditatea a fost studiată acum în detaliu și a găsit chiar o aplicație practică utilă: cu ajutorul ei este posibilă separarea izotopilor de heliu.

Supraconductivitate

Aproape de zero absolut, au loc modificări extrem de interesante în proprietățile electrice ale unor materiale.
În 1911, fizicianul olandez Kamerlingh Onnes a făcut o descoperire neașteptată: s-a dovedit că la o temperatură de 4,12 ° K, mercurul dispare complet rezistență electrică. Mercurul devine supraconductor. Curentul electric indus într-un inel supraconductor nu se stinge și poate curge aproape pentru totdeauna.
Deasupra unui astfel de inel, o minge supraconductoare va pluti în aer și nu va cădea, ca un basm.<гроб Магомета>, deoarece gravitația sa este compensată de repulsia magnetică dintre inel și minge. La urma urmei, un curent continuu în inel va crea un câmp magnetic și, la rândul său, va induce un curent electric în minge și, odată cu acesta, un câmp magnetic direcționat opus.
Pe lângă mercur, staniul, plumbul, zincul și aluminiul au supraconductivitate aproape de zero absolut. Această proprietate a fost găsită în 23 de elemente și peste o sută de aliaje diferite și alți compuși chimici.
Temperaturile la care apare supraconductibilitatea (temperaturi critice) acoperă o gamă destul de largă - de la 0,35 ° K (hafniu) la 18 ° K (aliaj de niobiu-staniu).
Fenomenul de supraconductivitate, cum ar fi super-
fluiditatea a fost studiată în detaliu. Dependența temperaturilor critice de structura internă a materialelor și de cea externă camp magnetic. A fost dezvoltată o teorie profundă a supraconductivității (o contribuție importantă a fost adusă de omul de știință sovietic academicianul N. N. Bogolyubov).
Esența acestui fenomen paradoxal este din nou pur cuantică. La temperaturi foarte scăzute, electronii intră

supraconductorul formează un sistem de particule legate în perechi care nu pot elibera energie rețea cristalină, cheltuiți cantități de energie pentru a-l încălzi. Perechile de electroni se mișcă ca și cum<танцуя>, între<прутьями решетки>- ioni și ocoliți-i fără ciocniri și transfer de energie.
Supraconductivitatea este din ce în ce mai folosită în tehnologie.
De exemplu, în practică se folosesc solenoizi supraconductori - bobine de supraconductor scufundate în heliu lichid. Odată indus curentul și, în consecință, un câmp magnetic poate fi stocat în ele atâta timp cât se dorește. Poate atinge o dimensiune gigantică - peste 100.000 de oersted. În viitor, vor apărea fără îndoială dispozitive superconductoare industriale puternice - motoare electrice, electromagneți etc.
În electronica radio, amplificatoarele ultrasensibile și generatoarele de unde electromagnetice, care funcționează mai ales bine în băile cu heliu lichid, încep să joace un rol semnificativ - acolo<шумы>echipamente. În tehnologia informatică electronică, se promite un viitor strălucit pentru comutatoarele supraconductoare de putere redusă - criotroni (vezi art.<Пути электроники>).
Nu este greu de imaginat cât de tentant ar fi să avansezi funcționarea unor astfel de dispozitive în regiunea temperaturilor mai ridicate și mai accesibile. Recent, a fost descoperită speranța de a crea supraconductori de peliculă polimerică. Natura particulară a conductivității electrice în astfel de materiale promite o oportunitate genială de a menține supraconductivitatea chiar și la temperatura camerei. Oamenii de știință caută constant modalități de a-și realiza această speranță.

În adâncul stelelor

Și acum să privim în tărâmul celui mai tare lucru din lume - în adâncurile stelelor. Unde temperaturile ajung la milioane de grade.
Mișcarea termică aleatorie în stele este atât de intensă încât atomi întregi nu pot exista acolo: ei sunt distruși în nenumărate ciocniri.
Prin urmare, o substanță atât de fierbinte nu poate fi nici solidă, nici lichidă, nici gazoasă. Este în stare de plasmă, adică un amestec de încărcate electric<осколков>atomi – nuclee atomice și electroni.
Plasma este o stare unică a materiei. Deoarece particulele sale sunt încărcate electric, ele sunt sensibile la forțele electrice și magnetice. Prin urmare, apropierea a două nuclee atomice (ele poartă o sarcină pozitivă) este un fenomen rar. Numai la densități mari și la temperaturi enorme nucleele atomice care se ciocnesc între ele sunt capabile să se apropie. Apoi au loc reacții termonucleare - sursa de energie pentru stele.
Cea mai apropiată stea de noi, Soarele, constă în principal din plasmă de hidrogen, care este încălzită în intestinele stelei la 10 milioane de grade. În astfel de condiții, au loc întâlniri apropiate de nuclee rapide de hidrogen - protoni, deși rare. Uneori, protonii care se apropie interacționează: după ce au depășit repulsia electrică, ei cad în puterea unor forțe nucleare gigantice de atracție, rapid.<падают>unul peste altul și se îmbină. Aici are loc o restructurare instantanee: în loc de doi protoni, apar un deuteron (nucleul unui izotop greu de hidrogen), un pozitron și un neutrin. Energia eliberată este de 0,46 milioane de electroni volți (MeV).
Fiecare proton solar individual poate intra într-o astfel de reacție în medie o dată la 14 miliarde de ani. Dar există atât de mulți protoni în măruntaiele luminii încât pe ici și pe colo are loc acest eveniment improbabil - iar steaua noastră arde cu flacăra sa uniformă, orbitoare.
Sinteza deuteronilor este doar primul pas al transformărilor termonucleare solare. Deuteronul nou-născut foarte curând (în medie după 5,7 secunde) se combină cu un alt proton. Apar un nucleu ușor de heliu și o rază gamma radiatie electromagnetica. Se eliberează 5,48 MeV de energie.
În cele din urmă, în medie, o dată la un milion de ani, două nuclee ușoare de heliu pot converge și combina. Apoi se formează un nucleu de heliu obișnuit (particulă alfa) și doi protoni sunt despărțiți. Se eliberează 12,85 MeV de energie.
Acest lucru în trei etape<конвейер>reacţiile termonucleare nu sunt singurele. Există un alt lanț de transformări nucleare, mai rapide. Nucleii atomici de carbon și azot participă la el (fără a fi consumați). Dar în ambele opțiuni, particulele alfa sunt sintetizate din nucleele de hidrogen. Figurat vorbind, plasma de hidrogen a Soarelui<сгорает>, a se transforma in<золу>- plasma cu heliu. Și în timpul sintezei fiecărui gram de plasmă de heliu, se eliberează 175 mii kWh de energie. O cantitate mare!
În fiecare secundă, Soarele emite 4.1033 ergi de energie, pierzând 4.1012 g (4 milioane de tone) de materie în greutate. Dar masa totală a Soarelui este de 2.1027 de tone Aceasta înseamnă că într-un milion de ani, datorită radiațiilor, Soarele<худеет>doar o zece milioneme din masa sa. Aceste cifre ilustrează elocvent eficacitatea reacțiilor termonucleare și puterea calorică gigantică a energiei solare.<горючего>- hidrogen.
Fuziunea termonucleară este aparent principala sursă de energie pentru toate stelele. La diferite temperaturi și densități ale interioarelor stelare, apar diferite tipuri de reacții. În special, solar<зола>-nuclei de heliu - la 100 de milioane de grade devine el însuși termonuclear<горючим>. Apoi, chiar și nuclee atomice mai grele - carbon și chiar oxigen - pot fi sintetizați din particule alfa.
Potrivit multor oameni de știință, întreaga noastră Metagalaxie în ansamblu este, de asemenea, fructul fuziunii termonucleare, care a avut loc la o temperatură de un miliard de grade (vezi art.<Вселенная вчера, сегодня и завтра>).

Spre soarele artificial

Puterea calorică extraordinară a termonuclearelor<горючего>a determinat oamenii de știință să realizeze implementarea artificială a reacțiilor de fuziune nucleară.
<Горючего>- Există mulți izotopi de hidrogen pe planeta noastră. De exemplu, tritiul hidrogen supergreu poate fi produs din metalul litiu din reactoarele nucleare. Și hidrogenul greu - deuteriul face parte din apa grea, care poate fi extrasă din apa obișnuită.
Hidrogenul greu extras din două pahare de apă obișnuită ar da reactor de fuziune la fel de multă energie cât produce acum arderea unui baril de benzină premium.
Dificultatea este de a preîncălzi<горючее>la temperaturi la care se poate aprinde cu foc termonuclear puternic.
Această problemă a fost rezolvată pentru prima dată în bomba cu hidrogen. Izotopii de hidrogen de acolo sunt aprinși prin explozie bombă atomică, care este însoțită de încălzirea substanței la multe zeci de milioane de grade. Într-una dintre versiunile bombei cu hidrogen, combustibilul termonuclear este un compus chimic de hidrogen greu cu litiu ușor - deuterură de litiu ușoară. Această pulbere albă, asemănătoare cu sarea de masă,<воспламеняясь>din<спички>, care este o bombă atomică, explodează instantaneu și creează o temperatură de sute de milioane de grade.
Pentru a iniția o reacție termonucleară pașnică, trebuie mai întâi să înveți cum să încălzim doze mici dintr-o plasmă suficient de densă de izotopi de hidrogen la temperaturi de sute de milioane de grade fără serviciile unei bombe atomice. Această problemă este una dintre cele mai dificile din fizica aplicată modernă. Oamenii de știință din întreaga lume lucrează la el de mulți ani.
Am spus deja că mișcarea haotică a particulelor este cea care creează încălzirea corpurilor, iar energia medie a mișcării lor aleatoare corespunde temperaturii. A încălzi un corp rece înseamnă a crea această tulburare în orice fel.
Imaginează-ți două grupuri de alergători grăbindu-se unul spre celălalt. Așa că s-au ciocnit, s-au amestecat, a început o zdrobire și a început confuzia. Mare mizerie!
În același mod, fizicienii au încercat inițial să obțină temperaturi ridicate - prin ciocnirea jeturilor de gaz. presiune ridicata. Gazul s-a încălzit până la 10 mii de grade. La un moment dat, acesta a fost un record: temperatura era mai mare decât la suprafața Soarelui.
Dar cu această metodă, încălzirea suplimentară, destul de lentă, neexplozivă a gazului este imposibilă, deoarece dezordinea termică se răspândește instantaneu în toate direcțiile, încălzind pereții camerei experimentale și mediul. Căldura rezultată părăsește rapid sistemul și este imposibil să-l izolați.
Dacă jeturile de gaz sunt înlocuite cu fluxuri de plasmă, problema izolației termice rămâne foarte dificilă, dar există și speranță pentru rezolvarea acesteia.
Adevărat, plasma nu poate fi protejată de pierderile de căldură de vasele fabricate chiar și din cea mai refractară substanță. Când plasma fierbinte intră în contact cu pereții solizi, se răcește imediat. Dar puteți încerca să țineți și să încălziți plasma creând acumularea acesteia în vid, astfel încât să nu atingă pereții camerei, ci să atârne în gol, fără să atingă nimic. Aici ar trebui să profităm de faptul că particulele de plasmă nu sunt neutre, precum atomii de gaz, ci încărcate electric. Prin urmare, atunci când se deplasează, sunt expuși forțelor magnetice. Se pune sarcina: crearea unui câmp magnetic cu o configurație specială în care plasma fierbinte să atârne ca într-o pungă cu pereți invizibili.
Cea mai simplă formă Acest tip de energie este creat automat atunci când pulsurile puternice sunt trecute prin plasmă curent electric. În acest caz, în jurul cordonului de plasmă sunt induse forțe magnetice, care au tendința de a comprima cordonul. Plasma este separată de pereții tubului de descărcare, iar la axa cordonului în zdrobirea particulelor temperatura crește la 2 milioane de grade.
În țara noastră, astfel de experimente au fost efectuate încă din 1950 sub conducerea academicienilor JI. A. Artsimovici și M. A. Leontovici.
O altă direcție a experimentelor este utilizarea unei sticle magnetice, propusă în 1952 de fizicianul sovietic G.I Budker, acum academician. Sticla magnetică este plasată într-o cameră de plută - o cameră de vid cilindrică echipată cu o înfășurare externă, care este condensată la capetele camerei. Curentul care curge prin înfășurare creează un câmp magnetic în cameră. Liniile sale de câmp din partea de mijloc sunt situate paralel cu generatoarele cilindrului, iar la capete sunt comprimate și formează dopuri magnetice. Particulele de plasmă injectate într-o sticlă magnetică se ondulează în jurul liniilor de câmp și sunt reflectate de dopuri. Ca urmare, plasma este reținută în interiorul sticlei pentru o perioadă de timp. Dacă energia particulelor de plasmă introduse în sticlă este suficient de mare și sunt suficiente, ele intră în interacțiuni complexe de forță, mișcarea lor ordonată inițial devine confuză, devine dezordonată - temperatura nucleelor ​​de hidrogen crește la zeci de milioane de grade.
Încălzirea suplimentară se realizează prin electromagnetică<ударами>prin plasmă, comprimarea câmpului magnetic etc. Acum plasma nucleelor ​​grele de hidrogen este încălzită la sute de milioane de grade. Adevărat, acest lucru se poate face fie prin un timp scurt sau la o densitate scăzută a plasmei.
Pentru a iniția o reacție de auto-susținere, temperatura și densitatea plasmei trebuie crescute în continuare. Acest lucru este greu de realizat. Cu toate acestea, problema, așa cum sunt convinși oamenii de știință, este fără îndoială rezolvabilă.

G.B. Anfilov

Postarea de fotografii și citarea articolelor de pe site-ul nostru pe alte resurse este permisă cu condiția să fie furnizat un link către sursă și fotografii.