مفهوم درجة حرارة الصفر المطلق. الصفر المطلق

الأطعمة الخطرة

الصفر المطلق

الصفر المطلق، درجة الحرارة التي تحتوي عندها جميع مكونات النظام على أقل كمية من الطاقة تسمح بها قوانين ميكانيكا الكم ؛ صفر على مقياس درجة حرارة كلفن ، أو -273.15 درجة مئوية (-459.67 درجة فهرنهايت). عند درجة الحرارة هذه ، تكون إنتروبيا النظام - كمية الطاقة المتاحة للقيام بعمل مفيد - صفرًا أيضًا ، على الرغم من أن المقدار الإجمالي للطاقة في النظام قد يختلف عن الصفر.

القاموس الموسوعي العلمي والتقني.

شاهد ما هو "الصفر المطلق" في القواميس الأخرى:

درجات الحرارة هي الحد الأدنى لدرجة الحرارة التي يمكن أن يمتلكها الجسم المادي. الصفر المطلق هو نقطة البداية لمقياس درجة الحرارة المطلقة ، مثل مقياس كلفن. على مقياس سيليزيوس ، يتوافق الصفر المطلق مع درجة حرارة 273 ... ويكيبيديا

درجة حرارة الصفر المطلق- أصل مقياس درجة الحرارة الديناميكي الحراري ؛ تقع عند 273.16 كلفن (كلفن) أسفل (انظر) الماء ، أي يساوي 273.16 درجة مئوية (مئوية). الصفر المطلق هو أدنى درجة حرارة في الطبيعة ويكاد لا يمكن بلوغه ... موسوعة البوليتكنيك الكبرى

هذا هو الحد الأدنى لدرجة الحرارة التي يمكن أن يمتلكها الجسم المادي. الصفر المطلق هو نقطة البداية لمقياس درجة الحرارة المطلقة ، مثل مقياس كلفن. على مقياس سيليزيوس ، يتوافق الصفر المطلق مع درجة حرارة -273.15 درجة مئوية ... ... ويكيبيديا

درجة الحرارة الصفرية المطلقة هي الحد الأدنى لدرجة الحرارة التي يمكن أن يحصل عليها الجسم المادي. الصفر المطلق هو نقطة البداية لمقياس درجة الحرارة المطلقة ، مثل مقياس كلفن. على مقياس سيليزيوس ، الصفر المطلق يتوافق مع ... ... ويكيبيديا

راز. أهمل شخص تافه تافه. FSRYA ، 288 ؛ BTS ، 24 عامًا ؛ ZS 1996 ، 33 ...

صفر- الصفر المطلق … قاموس المصطلحات الروسية

الصفر والصفر n.، m.، use. شركات غالبًا مورفولوجيا: (لا) ماذا؟ صفر وصفر لماذا؟ صفر وصفر (انظر) ماذا؟ صفر وصفر ماذا؟ صفر وصفر ، حول ماذا؟ حوالي صفر ، صفر ؛ رر ماذا؟ أصفار وأصفار ، (لا) ماذا؟ الاصفار و الاصفار لماذا؟ الأصفار والأصفار ، (فهمت) ... ... قاموس دميترييف

الصفر المطلق (صفر). راز. أهمل شخص تافه تافه. FSRYA ، 288 ؛ BTS ، 24 عامًا ؛ ZS 1996، 33 إلى صفر. 1. جارج. يقولون خدمة النقل. حديد. عن التسمم الشديد. يوغانوف ، 471 ؛ Vakhitov 2003 ، 22. 2. جارج. موسيقى بالضبط ، بما يتوافق تمامًا مع ... ... القاموس الكبير للأقوال الروسية

مطلق- العبث المطلق للسلطة المطلقة لا تشوبها شائبة الاضطراب المطلق الخيال المطلق الحصانة المطلقة القائد المطلق الحد الأدنى المطلق للعاهل الأخلاق المطلقة صفر مطلق ... ... قاموس المصطلحات الروسية

كتب

الصفر المطلق ، بافل المطلق. إن حياة جميع إبداعات العالم المجنون من جنس nes قصيرة جدًا. لكن التجربة التالية لديها فرصة في الوجود. ما الذي ينتظره؟ ...

الصفر المطلق (الصفر المطلق) - بداية درجة الحرارة المطلقة ، بدءًا من 273.16 كلفن تحت النقطة الثلاثية للماء (نقطة التوازن لثلاث مراحل - الجليد والماء وبخار الماء) ؛ عند الصفر المطلق ، تتوقف حركة الجزيئات ، وتكون في حالة حركات "الصفر". أو: أدنى درجة حرارة لا تحتوي فيها مادة ما على طاقة حرارية.

الصفر المطلق بدايةقراءة درجة الحرارة المطلقة. يتوافق مع -273.16 درجة مئوية. في الوقت الحاضر ، تمكنت المعامل الفيزيائية من الحصول على درجة حرارة تتجاوز الصفر المطلق ببضعة أجزاء من المليون من الدرجة فقط ، ولكن وفقًا لقوانين الديناميكا الحرارية ، من المستحيل تحقيق ذلك. عند الصفر المطلق ، سيكون النظام في حالة ذات أقل طاقة ممكنة (في هذه الحالة ، ستحدث الذرات والجزيئات اهتزازات "صفرية") وتكون بلا إنتروبيا (صفر اضطراب). يجب أن يكون حجم الغاز المثالي عند نقطة الصفر المطلق مساويًا للصفر ، ولتحديد هذه النقطة ، يتم قياس حجم غاز الهيليوم الحقيقي عند ثابتةخفض درجة الحرارة حتى تصبح سائلة عند ضغط منخفض (-268.9 درجة مئوية) وتستقرئ لدرجة الحرارة التي سيذهب عندها حجم الغاز إلى الصفر في حالة عدم وجود تسييل. درجة الحرارة المطلقة الديناميكا الحراريةيقاس المقياس بالكلفن ، ويُشار إليه بالرمز K. مطلق الديناميكا الحراريةيتم تحويل المقياس ومقياس سيليزيوس ببساطة بالنسبة لبعضهما البعض ويرتبطان بالعلاقة K = ° C + 273.16 °.

قصة

نشأت كلمة "درجة الحرارة" في وقت اعتقد فيه الناس أن الأجسام الأكثر سخونة تحتوي على كمية أكبر من مادة خاصة - كالوريات مقارنة بالأجسام الأقل تسخينًا. لذلك ، كان يُنظر إلى درجة الحرارة على أنها قوة خليط من مادة الجسم والسعرات الحرارية. لهذا السبب ، تسمى وحدات قياس قوة المشروبات الكحولية ودرجة الحرارة بنفس الدرجة.

من حقيقة أن درجة الحرارة هي الطاقة الحركية للجزيئات ، فمن الواضح أنه من الطبيعي قياسها بوحدات الطاقة (أي في نظام SI بالجول). ومع ذلك ، بدأ قياس درجة الحرارة قبل وقت طويل من إنشاء النظرية الحركية الجزيئية ، لذا فإن المقاييس العملية تقيس درجة الحرارة بالوحدات التقليدية - الدرجات.

مقياس كلفن

في الديناميكا الحرارية ، يتم استخدام مقياس كلفن ، حيث يتم قياس درجة الحرارة من الصفر المطلق (الحالة المقابلة للحد الأدنى من الطاقة الداخلية الممكنة نظريًا للجسم) ، وواحد كلفن يساوي 1 / 273.16 من المسافة من الصفر المطلق إلى النقطة الثلاثية للماء (الحالة التي يكون فيها أزواج الجليد والماء والماء في حالة توازن. يستخدم ثابت Boltzmann لتحويل kelvins إلى وحدات طاقة. تُستخدم الوحدات المشتقة أيضًا: kilokelvin ، megakelvin ، millikelvin ، إلخ.

درجة مئوية

في الحياة اليومية ، يتم استخدام مقياس سيليزيوس ، حيث يتم أخذ نقطة تجمد الماء على أنها 0 ، ونقطة غليان الماء عند الضغط الجوي تؤخذ على أنها 100 درجة. نظرًا لأن نقاط التجمد والغليان للماء غير محددة جيدًا ، يتم تحديد مقياس سيليزيوس حاليًا من حيث مقياس كلفن: درجة مئوية تساوي كلفن ، يتم أخذ الصفر المطلق ليكون -273.15 درجة مئوية. المقياس المئوي مناسب جدًا عمليًا ، لأن الماء شائع جدًا على كوكبنا وتعتمد عليه حياتنا. الصفر المئوي هو نقطة خاصة للأرصاد الجوية ، حيث أن تجمد الماء في الغلاف الجوي يغير كل شيء بشكل كبير.

فهرنهايت

في إنجلترا ، وخاصة في الولايات المتحدة ، يتم استخدام مقياس فهرنهايت. يقسم هذا المقياس بمقدار 100 درجة من درجة حرارة أبرد شتاء في المدينة حيث عاش فهرنهايت إلى درجة حرارة جسم الإنسان. صفر درجة مئوية 32 درجة فهرنهايت ، ودرجة فهرنهايت 5/9 درجة مئوية.

التعريف الحالي لمقياس فهرنهايت هو كما يلي: مقياس درجة الحرارة ، 1 درجة (1 درجة فهرنهايت) منها تساوي 1/180 من الفرق بين درجة غليان الماء وذوبان الجليد عند الضغط الجوي ، ونقطة انصهار الجليد هي +32 درجة فهرنهايت. ترتبط درجة الحرارة على مقياس فهرنهايت بدرجة الحرارة على مقياس مئوية (t ° С) من خلال النسبة t ° С = 5/9 (t ° F - 32) ، 1 ° F = 5/9 ° C. مقترح من قبل G.Fahrenheit في عام 1724.

مقياس ريومور

تم اقتراحه في عام 1730 بواسطة R.A.Reaumur ، الذي وصف مقياس حرارة الكحول الذي اخترعه.

الوحدة - درجة Réaumur (° R) ، 1 ° R تساوي 1/80 من فاصل درجة الحرارة بين النقاط المرجعية - درجة حرارة ذوبان الجليد (0 ° R) والماء المغلي (80 ° R)

1 درجة ص = 1.25 درجة مئوية.

في الوقت الحاضر ، تم إهمال الميزان ؛ وقد تم الحفاظ عليه لأطول فترة في فرنسا ، في موطن المؤلف.

مقارنة مقاييس درجة الحرارة

وصف	كلفن	درجة مئوية	فهرنهايت	نيوتن	ريومور
الصفر المطلق		−273.15	−459.67	−90.14	−218.52
درجة انصهار خليط فهرنهايت (الملح والجليد بكميات متساوية)			0	−5.87
نقطة تجمد الماء (الظروف العادية)		0	32	0
متوسط درجة حرارة جسم الإنسان¹		36.8	98.2	12.21
نقطة غليان الماء (الظروف العادية)		100	212	33
درجة حرارة سطح الشمس	5800	5526	9980	1823

درجة حرارة جسم الإنسان الطبيعية هي 36.6 درجة مئوية ± 0.7 درجة مئوية ، أو 98.2 درجة فهرنهايت ± 1.3 درجة فهرنهايت. القيمة المقتبسة الشائعة 98.6 درجة فهرنهايت هي تحويل دقيق للفهرنهايت للقيمة الألمانية في القرن التاسع عشر البالغة 37 درجة مئوية. نظرًا لأن هذه القيمة لا تقع ضمن نطاق درجة الحرارة العادية وفقًا للمفاهيم الحديثة ، يمكننا القول إنها تحتوي على دقة زائدة (غير صحيحة). تم تقريب بعض القيم في هذا الجدول.

مقارنة بين مقاييس فهرنهايت ودرجة مئوية

(من- مقياس فهرنهايت ، oC- مقياس مئوية)

اF	اج		اF	اج		اF	اج		اF	اج
-459.67 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -190 -180 -170 -160 -150 -140 -130 -120 -110 -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 -65	-273.15 -267.8 -240.0 -212.2 -184.4 -156.7 -128.9 -123.3 -117.8 -112.2 -106.7 -101.1 -95.6 -90.0 -84.4 -78.9 -73.3 -70.6 -67.8 -65.0 -62.2 -59.4 -56.7 -53.9		-60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5	-51.1 -48.3 -45.6 -42.8 -40.0 -37.2 -34.4 -31.7 -28.9 -28.3 -27.8 -27.2 -26.7 -26.1 -25.6 -25.0 -24.4 -23.9 -23.3 -22.8 -22.2 -21.7 -21.1 -20.6		-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19	-20.0 -19.4 -18.9 -18.3 -17.8 -17.2 -16.7 -16.1 -15.6 -15.0 -14.4 -13.9 -13.3 -12.8 -12.2 -11.7 -11.1 -10.6 -10.0 -9.4 -8.9 -8.3 -7.8 -7.2		20 21 22 23 24 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 125 150 200	-6.7 -6.1 -5.6 -5.0 -4.4 -3.9 -1.1 1.7 4.4 7.2 10.0 12.8 15.6 18.3 21.1 23.9 26.7 29.4 32.2 35.0 37.8 51.7 65.6 93.3

لتحويل الدرجات السلزية إلى كلفن ، استخدم الصيغة T = t + T0حيث T هي درجة الحرارة بوحدة كلفن ، و t هي درجة الحرارة بالدرجات المئوية ، و T 0 = 273.15 كلفن. الدرجة المئوية تساوي في الحجم كلفن.

ظهر مصطلح "درجة الحرارة" في وقت اعتقد فيه الفيزيائيون أن الأجسام الدافئة تتكون من كمية أكبر من مادة معينة - كالوريات - من نفس الأجسام ، لكنها باردة. وتم تفسير درجة الحرارة على أنها قيمة مقابلة لكمية السعرات الحرارية في الجسم. منذ ذلك الحين ، تُقاس درجة حرارة أي جسم بالدرجات. لكنه في الواقع مقياس للطاقة الحركية للجزيئات المتحركة ، وبناءً على ذلك ، يجب قياسه بالجول ، وفقًا لنظام الوحدات الدولي للوحدات.

يأتي مفهوم "درجة حرارة الصفر المطلق" من القانون الثاني للديناميكا الحرارية. وفقًا لذلك ، فإن عملية نقل الحرارة من الجسم البارد إلى الجسم الساخن أمر مستحيل. تم تقديم هذا المفهوم من قبل الفيزيائي الإنجليزي دبليو طومسون. للإنجازات في الفيزياء ، حصل على اللقب النبيل "لورد" ولقب "بارون كلفن". في عام 1848 ، اقترح دبليو طومسون (كيلفن) استخدام مقياس درجة الحرارة ، حيث أخذ درجة حرارة الصفر المطلق المقابلة للبرودة الشديدة كنقطة انطلاق ، وأخذ الدرجات المئوية كسعر القسمة. وحدة كلفن هي 1/27316 من درجة حرارة النقطة الثلاثية للماء (حوالي 0 درجة مئوية) ، أي درجة الحرارة التي يوجد عندها الماء النقي في ثلاثة أشكال في وقت واحد: الثلج والماء السائل والبخار. درجة الحرارة هي أدنى درجة حرارة منخفضة ممكنة تتوقف عندها حركة الجزيئات ، ولم يعد من الممكن استخراج الطاقة الحرارية من المادة. منذ ذلك الحين ، تم تسمية مقياس درجة الحرارة المطلقة باسمه.

يتم قياس درجة الحرارة على مستويات مختلفة

يُطلق على مقياس درجة الحرارة الأكثر استخدامًا مقياس مئوية. إنه مبني على نقطتين: درجة حرارة انتقال طور الماء من السائل إلى البخار والماء إلى الجليد. اقترح A.Celsius في عام 1742 تقسيم المسافة بين النقاط المرجعية إلى 100 فترة ، وأخذ الماء على أنه صفر ، في حين أن نقطة التجمد 100 درجة. لكن السويدي ك. لينيوس اقترح القيام بالعكس. منذ ذلك الحين ، يتجمد الماء عند درجة صفر أ م. على الرغم من أنه يجب أن يغلي بالضبط في درجة مئوية. يساوي الصفر المطلق في درجة مئوية سالب 273.16 درجة مئوية.

هناك العديد من مقاييس درجة الحرارة: فهرنهايت ، ريومور ، رانكين ، نيوتن ، رومر. لديهم أقسام مختلفة والسعر. على سبيل المثال ، تم بناء مقياس Réaumur أيضًا على معايير غليان وتجميد الماء ، لكنه يحتوي على 80 قسمًا. مقياس فهرنهايت ، الذي ظهر عام 1724 ، يُستخدم في الحياة اليومية فقط في بعض دول العالم ، بما في ذلك الولايات المتحدة الأمريكية ؛ الأول هو درجة حرارة خليط الماء المثلج - الأمونيا والآخر هو درجة حرارة جسم الإنسان. المقياس مقسم إلى مائة قسم. الصفر المئوي يتوافق مع 32 يمكن تحويل الدرجات إلى فهرنهايت باستخدام الصيغة: F \ u003d 1.8 C + 32. عكس الترجمة: C \ u003d (F - 32) / 1.8 ، حيث: F - درجة فهرنهايت ، C - درجات درجة مئوية. إذا كنت كسولًا جدًا بحيث يتعذر عليك الاعتماد عليه ، فانتقل إلى خدمة التحويل من الدرجة المئوية إلى فهرنهايت عبر الإنترنت. في المربع ، اكتب عدد الدرجات المئوية ، وانقر على "حساب" ، وحدد "فهرنهايت" وانقر على "ابدأ". ستظهر النتيجة على الفور.

سُمي على اسم الفيزيائي الإنجليزي ويليام ج. رانكين ، وهو معاصر سابق لكلفن وأحد مبتكري الديناميكا الحرارية التقنية. هناك ثلاث نقاط مهمة في مقياسه: البداية هي الصفر المطلق ، ونقطة تجمد الماء 491.67 درجة رانكين ودرجة غليان الماء 671.67 درجة. عدد التقسيمات بين درجة حرارة الماء وغليانه في رانكين وفهرنهايت هو 180.

يتم استخدام معظم هذه المقاييس حصريًا من قبل علماء الفيزياء. وقال 40٪ من طلاب المدارس الثانوية الأمريكية الذين شملهم الاستطلاع هذه الأيام إنهم لا يعرفون ما هي درجة حرارة الصفر المطلق.

- 48.67 كيلو بايت

المؤسسة التعليمية لميزانية الدولة الفيدرالية للتعليم المهني العالي

"جامعة فورونيج التربوية الحكومية"

قسم الفيزياء العامة

حول موضوع: "درجة حرارة الصفر المطلق"

أكمل بواسطة: 1st year student، FMF،

بي ، كوندراتينكو إيرينا أليكساندروفنا

فحصه: مساعد الإدارة العامة

قال الفيزيائيون أفونين ج.

فورونيج 2013

مقدمة………………………………………………………. 3

1- الصفر المطلق .............................................

2- التاريخ ...................................................................

3. الظواهر التي لوحظت بالقرب من الصفر المطلق ……… .. 9

الخلاصة ………………………………………………………………. 11

قائمة الأدب المستعمل ………………………… .. 12

مقدمة

لسنوات عديدة ، كان الباحثون يهاجمون درجة حرارة الصفر المطلق. كما تعلمون ، فإن درجة الحرارة التي تساوي الصفر المطلق تميز الحالة الأرضية لنظام من العديد من الجسيمات - الحالة ذات أقل طاقة ممكنة ، حيث تؤدي الذرات والجزيئات ما يسمى بالاهتزازات "الصفرية". وبالتالي ، فإن التبريد العميق بالقرب من الصفر المطلق (يُعتقد أن الصفر المطلق نفسه غير قابل للتحقيق في الممارسة العملية) يفتح إمكانيات غير محدودة لدراسة خصائص المادة.

1. الصفر المطلق

درجة الحرارة الصفرية المطلقة (نادرًا - درجة حرارة الصفر المطلق) هي الحد الأدنى لدرجة الحرارة التي يمكن أن يمتلكها جسم مادي في الكون. يعمل الصفر المطلق كنقطة مرجعية لمقياس درجة حرارة مطلقة ، مثل مقياس كلفن. في عام 1954 ، أنشأ المؤتمر العام X للأوزان والمقاييس مقياسًا لدرجة الحرارة الديناميكية الحرارية بنقطة مرجعية واحدة - النقطة الثلاثية للماء ، والتي تعتبر درجة حرارتها 273.16 كلفن (بالضبط) ، والتي تقابل 0.01 درجة مئوية ، بحيث على المقياس المئوي ، يتوافق الصفر المطلق مع درجة الحرارة -273.15 درجة مئوية.

في إطار تطبيق الديناميكا الحرارية ، فإن الصفر المطلق بعيد المنال في الممارسة العملية. إن وجودها وموقعها على مقياس درجة الحرارة ناتج عن استقراء الظواهر الفيزيائية المرصودة ، بينما يوضح هذا الاستقراء أنه عند الصفر المطلق ، يجب أن تكون طاقة الحركة الحرارية لجزيئات وذرات مادة ما مساوية للصفر ، أي تتوقف الحركة الفوضوية للجسيمات ، وتشكل هيكلًا منظمًا ، وتحتل موقعًا واضحًا في عقد الشبكة البلورية (الهيليوم السائل هو استثناء). ومع ذلك ، من وجهة نظر فيزياء الكم ، حتى عند درجة حرارة الصفر المطلق ، هناك تقلبات صفرية ، والتي ترجع إلى الخصائص الكمومية للجسيمات والفراغ الفيزيائي المحيط بها.

نظرًا لأن درجة حرارة النظام تميل إلى الصفر المطلق ، فإن الانتروبيا ، والسعة الحرارية ، ومعامل التمدد الحراري تميل أيضًا إلى الصفر ، وتتوقف الحركة الفوضوية للجسيمات التي يتكون منها النظام. باختصار ، تصبح المادة مادة فائقة مع الموصلية الفائقة والميوعة الفائقة.

درجة حرارة الصفر المطلق غير قابلة للتحقيق في الممارسة العملية ، والحصول على درجات حرارة تقترب منها قدر الإمكان يمثل مشكلة تجريبية معقدة ، ولكن تم بالفعل الحصول على درجات حرارة لا تبعد سوى جزء من المليون من الدرجة عن الصفر المطلق. .

دعونا نجد قيمة الصفر المطلق على مقياس سلزيوس عن طريق مساواة الحجم V بالصفر مع أخذ ذلك في الاعتبار

ومن ثم فإن درجة حرارة الصفر المطلق هي -273 درجة مئوية.

هذا هو الحد الأدنى من درجات الحرارة في الطبيعة ، تلك "الدرجة العظمى أو الأخيرة من البرد" ، والتي تنبأ بوجودها لومونوسوف.

رسم بياني 1. المقياس المطلق والمقياس المئوي

تسمى وحدة SI لدرجة الحرارة المطلقة كلفن (والمختصرة ك K). لذلك ، درجة واحدة مئوية تساوي درجة واحدة كلفن: 1 درجة مئوية = 1 ك.

وبالتالي ، فإن درجة الحرارة المطلقة هي كمية مشتقة تعتمد على درجة الحرارة المئوية وعلى القيمة المحددة تجريبياً لـ a. ومع ذلك ، فهي ذات أهمية أساسية.

من وجهة نظر النظرية الحركية الجزيئية ، ترتبط درجة الحرارة المطلقة بمتوسط الطاقة الحركية للحركة العشوائية للذرات أو الجزيئات. عند T = 0 K ، تتوقف الحركة الحرارية للجزيئات.

2. التاريخ

يعتبر المفهوم الفيزيائي لـ "درجة حرارة الصفر المطلق" مهمًا جدًا للعلم الحديث: يرتبط مفهوم الموصلية الفائقة ، الذي أحدث اكتشافه في النصف الثاني من القرن العشرين ، ارتباطًا وثيقًا به.

لفهم ما هو الصفر المطلق ، يجب على المرء أن يشير إلى أعمال علماء فيزيائيين مشهورين مثل G.Fahrenheit و A.Celsius و J. Gay-Lussac و W. لقد لعبوا دورًا رئيسيًا في إنشاء مقاييس درجة الحرارة الرئيسية التي لا تزال تستخدم حتى اليوم.

كان الفيزيائي الألماني جي.فهرنهايت أول من قدم مقياس درجة الحرارة الخاص به في عام 1714. في الوقت نفسه ، تم أخذ درجة حرارة الخليط ، الذي يحتوي على الثلج والأمونيا ، على أنها صفر مطلق ، أي أدنى نقطة في هذا المقياس. كان المؤشر المهم التالي هو درجة الحرارة العادية لجسم الإنسان ، والتي بدأت تساوي 1000. وبناءً على ذلك ، كان كل قسم من هذا المقياس يسمى "درجة فهرنهايت" ، وكان المقياس نفسه يسمى "مقياس فهرنهايت".

بعد 30 عامًا ، اقترح عالم الفلك السويدي A.Celsius مقياس درجة الحرارة الخاص به ، حيث كانت النقاط الرئيسية هي درجة حرارة انصهار الجليد ودرجة غليان الماء. كان يسمى هذا المقياس "مقياس مئوية" ، ولا يزال يحظى بشعبية في معظم دول العالم ، بما في ذلك روسيا.

في عام 1802 ، أثناء إجراء تجاربه الشهيرة ، اكتشف العالم الفرنسي جاي جاي لوساك أن حجم كتلة الغاز عند ضغط ثابت يعتمد بشكل مباشر على درجة الحرارة. لكن الشيء الأكثر فضولًا هو أنه عندما تغيرت درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية ، زاد حجم الغاز أو انخفض بنفس المقدار. بعد إجراء الحسابات اللازمة ، وجد جاي-لوساك أن هذه القيمة تساوي 1/273 من حجم الغاز. من هذا القانون ، يتبع الاستنتاج الواضح: درجة الحرارة التي تساوي -273 درجة مئوية هي أدنى درجة حرارة ، حتى أنها تقترب من المستحيل الوصول إليها. تسمى درجة الحرارة هذه "درجة حرارة الصفر المطلق". علاوة على ذلك ، أصبح الصفر المطلق نقطة البداية لإنشاء مقياس درجة الحرارة المطلق ، حيث قام الفيزيائي الإنجليزي دبليو طومسون ، المعروف أيضًا باسم اللورد كلفن ، بدور نشط. يتعلق بحثه الرئيسي بإثبات أنه لا يمكن تبريد أي جسم في الطبيعة إلى ما دون الصفر المطلق. في الوقت نفسه ، استخدم بنشاط القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، وبالتالي ، بدأ تسمية مقياس درجة الحرارة المطلقة الذي قدمه في عام 1848 باسم مقياس الديناميكا الحرارية أو "مقياس كلفن". في السنوات والعقود اللاحقة ، فقط التحسين العددي للمفهوم من "الصفر المطلق".

الصورة 2. العلاقة بين مقاييس درجة الحرارة بالفهرنهايت (F) والسلزية (C) وكلفن (K).

تجدر الإشارة أيضًا إلى أن الصفر المطلق يلعب دورًا مهمًا جدًا في نظام SI. الشيء هو أنه في عام 1960 في المؤتمر العام القادم للأوزان والمقاييس ، أصبحت وحدة درجة الحرارة الديناميكية الحرارية - كلفن - واحدة من وحدات القياس الست الأساسية. في الوقت نفسه ، تم تحديد درجة واحدة كلفن

تساوي عدديًا درجة واحدة مئوية ، هنا فقط النقطة المرجعية "وفقًا لكلفن" تعتبر صفرًا مطلقًا.

المعنى المادي الرئيسي للصفر المطلق هو أنه وفقًا لقوانين الفيزياء الأساسية ، عند درجة حرارة كهذه ، فإن طاقة حركة الجسيمات الأولية ، مثل الذرات والجزيئات ، تساوي الصفر ، وفي هذه الحالة ، أي حركة فوضوية لـ يجب أن تتوقف هذه الجسيمات. عند درجة حرارة تساوي الصفر المطلق ، يجب أن تتخذ الذرات والجزيئات موقعًا واضحًا في النقاط الرئيسية للشبكة البلورية ، وتشكل نظامًا مرتبًا.

حاليًا ، باستخدام معدات خاصة ، تمكن العلماء من الحصول على درجة حرارة أعلى ببضعة أجزاء من المليون من الصفر المطلق. من المستحيل ماديًا تحقيق هذه القيمة نفسها بسبب القانون الثاني للديناميكا الحرارية.

3. الظواهر التي لوحظت بالقرب من الصفر المطلق

عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق ، يمكن ملاحظة التأثيرات الكمية البحتة على المستوى العياني ، مثل:

1. الموصلية الفائقة - خاصية لبعض المواد أن يكون لها مقاومة كهربائية صفرية تمامًا عندما تصل إلى درجة حرارة أقل من قيمة معينة (درجة حرارة حرجة). من المعروف أن عدة مئات من المركبات والعناصر النقية والسبائك والسيراميك تنتقل إلى حالة التوصيل الفائق.

الموصلية الفائقة هي ظاهرة كمومية. يتميز أيضًا بتأثير مايسنر ، والذي يتكون من الإزاحة الكاملة للحقل المغناطيسي من الجزء الأكبر من الموصل الفائق. يظهر وجود هذا التأثير أن الموصلية الفائقة لا يمكن وصفها ببساطة بأنها توصيلية مثالية بالمعنى الكلاسيكي. افتتح في 1986-1993 دفع عدد من الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية (HTSCs) حد درجة حرارة الموصلية الفائقة إلى حد بعيد وسمح بالاستخدام العملي للمواد فائقة التوصيل ليس فقط عند درجة حرارة الهيليوم السائل (4.2 كلفن) ، ولكن أيضًا عند نقطة غليان النيتروجين السائل (77 كلفن) ) ، وهو سائل مبرد أرخص بكثير.

2. السيولة الفائقة - قدرة مادة في حالة خاصة (سائل كمي) ، والتي تحدث عندما تنخفض درجة الحرارة إلى الصفر المطلق (الطور الديناميكي الحراري) ، للتدفق عبر فتحات ضيقة وشعيرات دموية دون احتكاك. حتى وقت قريب ، كانت السيولة الفائقة معروفة فقط للهيليوم السائل ، ولكن في السنوات الأخيرة تم اكتشاف السيولة الفائقة أيضًا في أنظمة أخرى: في مكثفات بوز الذرية والهيليوم الصلب.

يتم شرح السوائل الفائقة على النحو التالي. نظرًا لأن ذرات الهيليوم عبارة عن بوزونات ، فإن ميكانيكا الكم تسمح بوجود عدد تعسفي من الجسيمات في نفس الحالة. بالقرب من درجة حرارة الصفر المطلق ، تكون جميع ذرات الهيليوم في حالة الطاقة الأرضية. نظرًا لأن طاقة الحالات منفصلة ، لا يمكن للذرة أن تتلقى أي طاقة ، ولكن فقط طاقة واحدة تساوي فجوة الطاقة بين مستويات الطاقة المجاورة. ولكن في درجات الحرارة المنخفضة ، قد تكون طاقة الاصطدام أقل من هذه القيمة ، ونتيجة لذلك لن يحدث تبديد للطاقة ببساطة. سوف يتدفق السائل دون احتكاك.

3. مكثف بوز-آينشتاين هو حالة إجمالية للمادة تعتمد على البوزونات المبردة إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق (أقل من جزء من المليون من الدرجة فوق الصفر المطلق). في مثل هذه الحالة شديدة البرودة ، يجد عدد كبير بما فيه الكفاية من الذرات نفسها في أدنى حالاتها الكمومية الممكنة ، وتبدأ التأثيرات الكمومية في الظهور على المستوى العياني.

استنتاج

تعتبر دراسة خصائص المادة بالقرب من الصفر المطلق ذات أهمية كبيرة للعلم والتكنولوجيا.

تبدأ العديد من خصائص مادة ما ، المحجوبة في درجة حرارة الغرفة بسبب الظواهر الحرارية (على سبيل المثال ، الضوضاء الحرارية) ، في الظهور أكثر فأكثر مع انخفاض درجة الحرارة ، مما يسمح للفرد بدراسة الأنماط والعلاقات المتأصلة في مادة معينة بشكلها النقي. . أتاح البحث في مجال درجات الحرارة المنخفضة اكتشاف العديد من الظواهر الطبيعية الجديدة ، على سبيل المثال ، السيولة الفائقة للهيليوم والموصلية الفائقة للمعادن.

في درجات الحرارة المنخفضة ، تتغير خصائص المواد بشكل كبير. تزيد بعض المعادن من قوتها ، وتصبح مطيلة ، والبعض الآخر يصبح هشًا ، مثل الزجاج.

ستجعل دراسة الخصائص الفيزيائية والكيميائية في درجات حرارة منخفضة من الممكن في المستقبل إنشاء مواد جديدة بخصائص محددة مسبقًا. كل هذا له قيمة كبيرة لتصميم وبناء المركبات الفضائية والمحطات والأدوات.

من المعروف أنه أثناء دراسات الرادار للأجسام الكونية ، تكون إشارة الراديو المستقبلة صغيرة جدًا ومن الصعب تمييزها عن الضوضاء المختلفة. تعمل المذبذبات والمضخمات الجزيئية التي أنشأها العلماء مؤخرًا في درجات حرارة منخفضة جدًا ، وبالتالي يكون مستوى الضوضاء فيها منخفضًا للغاية.

تجعل الخصائص الكهربائية والمغناطيسية ذات درجات الحرارة المنخفضة للمعادن وأشباه الموصلات والعوازل الكهربائية من الممكن تطوير أجهزة هندسة راديوية جديدة بشكل أساسي ذات أبعاد مجهرية.

تُستخدم درجات حرارة منخفضة للغاية لخلق الفراغ المطلوب ، على سبيل المثال ، لتشغيل مسرعات الجسيمات النووية العملاقة.

فهرس

http://wikipedia.org
http://rudocs.exdat.com
http://fb.ru

وصف قصير

عندما يتنبأ تقرير الطقس بدرجات حرارة تقترب من الصفر ، يجب ألا تذهب إلى حلبة التزلج: سوف يذوب الجليد. يتم أخذ درجة حرارة انصهار الجليد على أنها صفر درجة مئوية - مقياس درجة الحرارة الأكثر شيوعًا.
نحن ندرك جيدًا الدرجات السالبة لمقياس سلزيوس - الدرجات<ниже нуля>، درجات البرد. تم تسجيل أدنى درجة حرارة على الأرض في أنتاركتيكا: -88.3 درجة مئوية. خارج الأرض ، من الممكن أن تنخفض درجات الحرارة: على سطح القمر عند منتصف الليل القمري يمكن أن تصل درجة حرارته إلى 160 درجة مئوية.
ولكن لا يوجد مكان يمكن أن يكون فيه درجات حرارة منخفضة بشكل تعسفي. درجة حرارة منخفضة للغاية - الصفر المطلق - على مقياس سيليزي يتوافق مع - 273.16 درجة.
مقياس درجة الحرارة المطلقة ، مقياس كلفن ، ينشأ من الصفر المطلق. يذوب الجليد عند 273.16 درجة كلفن ، ويغلي الماء عند 373.16 درجة كلفن ، وبالتالي ، فإن درجة K تساوي الدرجة C. ولكن على مقياس كلفن ، تكون جميع درجات الحرارة موجبة.
لماذا 0 درجة كلفن حد البرد؟
الحرارة هي الحركة الفوضوية للذرات وجزيئات المادة. عندما يتم تبريد مادة ما ، يتم سحب الطاقة الحرارية منها ، وفي هذه الحالة تضعف الحركة العشوائية للجسيمات. في النهاية ، مع تبريد قوي ، حراري<пляска>تتوقف الجسيمات تمامًا تقريبًا. ستتجمد الذرات والجزيئات تمامًا عند درجة حرارة تعتبر صفرًا مطلقًا. وفقًا لمبادئ ميكانيكا الكم ، عند الصفر المطلق ، فإن الحركة الحرارية للجسيمات هي بالضبط التي ستتوقف ، لكن الجسيمات نفسها لن تتجمد ، لأنها لا يمكن أن تكون في حالة سكون تمامًا. وهكذا ، عند الصفر المطلق ، يجب أن تحتفظ الجسيمات بنوع من الحركة ، وهو ما يسمى الصفر.

ومع ذلك ، فإن تبريد مادة إلى درجة حرارة أقل من الصفر المطلق هي فكرة لا معنى لها مثل النية ، على سبيل المثال<идти медленнее, чем стоять на месте>.

علاوة على ذلك ، حتى الوصول إلى الصفر المطلق هو أيضًا شبه مستحيل. يمكنك فقط الاقتراب منه. لأن كل طاقته الحرارية على الإطلاق لا يمكن أن تؤخذ من مادة بأي وسيلة. تبقى بعض الطاقة الحرارية خلال أعمق تبريد.
كيف تصل إلى درجات حرارة منخفضة للغاية؟
تجميد مادة أصعب من تسخينها. يمكن ملاحظة ذلك على الأقل من مقارنة تصميم الموقد والثلاجة.
في معظم الثلاجات المنزلية والصناعية ، تتم إزالة الحرارة بسبب تبخر سائل خاص - الفريون ، الذي يدور عبر الأنابيب المعدنية. السر هو أن الفريون يمكن أن يظل في حالة سائلة فقط عند درجة حرارة منخفضة بدرجة كافية. في غرفة التبريد ، بسبب حرارة الغرفة ، يسخن ويغلي ، ويتحول إلى بخار. ولكن يتم ضغط البخار بواسطة الضاغط ، وتسييله ويدخل في المبخر ، لتعويض فقدان الفريون المتبخر. يتم استخدام الطاقة لتشغيل الضاغط.
في أجهزة التبريد العميق ، يكون حامل البرودة عبارة عن سائل فائق البرودة - الهيليوم السائل. عديم اللون ، خفيف (8 مرات أخف من الماء) ، يغلي تحت الضغط الجوي عند 4.2 درجة كلفن ، وفي فراغ عند 0.7 درجة كلفن. يتم إعطاء درجة حرارة أقل من خلال نظير الضوء للهيليوم: 0.3 درجة كلفن.
من الصعب جدًا ترتيب ثلاجة هيليوم دائمة. يتم إجراء البحث ببساطة في حمامات الهيليوم السائل. ولتسييل هذا الغاز ، يستخدم الفيزيائيون تقنيات مختلفة. على سبيل المثال ، يتم توسيع الهيليوم المبرد مسبقًا والمضغوط عن طريق إطلاقه من خلال ثقب رفيع في غرفة مفرغة. في الوقت نفسه ، لا تزال درجة الحرارة تنخفض ويتحول جزء من الغاز إلى سائل. إنه أكثر كفاءة ليس فقط لتوسيع الغاز المبرد ، ولكن أيضًا لجعله يعمل - لتحريك المكبس.
يتم تخزين الهيليوم السائل الناتج في ترموسات خاصة - أوعية ديوار. تكلفة هذا السائل الأكثر برودة (السائل الوحيد الذي لا يتجمد عند الصفر المطلق) مرتفعة للغاية. ومع ذلك ، يتم الآن استخدام الهيليوم السائل على نطاق واسع ، ليس فقط في العلوم ، ولكن أيضًا في مختلف الأجهزة التقنية.
تم تحقيق أدنى درجات الحرارة بطريقة مختلفة. اتضح أن جزيئات بعض الأملاح ، مثل شب البوتاسيوم والكروم ، يمكن أن تدور على طول خطوط القوة المغناطيسية. يتم تبريد هذا الملح مبدئيًا بالهيليوم السائل إلى درجة 1 كلفن ويوضع في مجال مغناطيسي قوي. في هذه الحالة ، تدور الجزيئات على طول خطوط القوة ، ويتم سحب الحرارة المنبعثة بواسطة الهيليوم السائل. ثم يتم إزالة المجال المغناطيسي بشكل حاد ، وتدور الجزيئات مرة أخرى في اتجاهات مختلفة ، وتستهلك

هذا العمل يؤدي إلى مزيد من تبريد الملح. وهكذا ، تم الحصول على درجة حرارة 0.001 درجة مئوية. وبطريقة مماثلة من حيث المبدأ ، باستخدام مواد أخرى ، يمكن للمرء الحصول على درجة حرارة أقل.
أدنى درجة حرارة تم الحصول عليها حتى الآن على الأرض هي 0.00001 درجة مئوية.

السيولة الفائضة

تتغير المادة المجمدة إلى درجات حرارة منخفضة للغاية في حمامات الهيليوم السائل بشكل ملحوظ. يصبح المطاط هشًا ، ويصبح الرصاص صلبًا مثل الفولاذ والمرن ، وتزيد العديد من السبائك من القوة.

الهليوم السائل نفسه يتصرف بطريقة غريبة. عند درجات حرارة أقل من 2.2 درجة مئوية ، يكتسب خاصية غير مسبوقة للسوائل العادية - السيولة الفائقة: بعضها يفقد اللزوجة تمامًا ويتدفق دون أي احتكاك عبر أضيق الفتحات.
تم اكتشاف هذه الظاهرة في عام 1937 من قبل الفيزيائي السوفيتي الأكاديمي P. JI. Kapitsa ، ثم شرحه الأكاديمي JI. D. لانداو.
اتضح أنه في درجات الحرارة المنخفضة للغاية ، تبدأ قوانين الكم لسلوك المادة في التأثير بشكل ملحوظ. كما يتطلب أحد هذه القوانين ، لا يمكن نقل الطاقة من جسم إلى آخر إلا في أجزاء محددة تمامًا - كوانتا. يوجد عدد قليل جدًا من الكميات الحرارية في الهيليوم السائل لدرجة أنه لا يوجد ما يكفي منها لجميع الذرات. جزء من السائل ، خالي من الكميات الحرارية ، يبقى في درجة حرارة الصفر المطلق ، ولا تشارك ذراته في حركة حرارية عشوائية على الإطلاق ولا تتفاعل مع جدران الوعاء بأي شكل من الأشكال. هذا الجزء (الذي كان يسمى الهليوم- H) يمتلك ميوعة فائقة. مع انخفاض درجة الحرارة ، يصبح الهيليوم II أكثر فأكثر ، وعند الصفر المطلق ، يتحول كل الهيليوم إلى هيليوم H.
تمت دراسة الميوعة الفائقة الآن بتفصيل كبير ووجدت أيضًا تطبيقًا عمليًا مفيدًا: بمساعدتها ، من الممكن فصل نظائر الهيليوم.

الموصلية الفائقة

بالقرب من الصفر المطلق ، تحدث تغيرات غريبة للغاية في الخواص الكهربائية لبعض المواد.
في عام 1911 ، اكتشف الفيزيائي الهولندي Kamerling-Onnes اكتشافًا غير متوقع: اتضح أنه عند درجة حرارة 4.12 درجة مئوية ، تختفي المقاومة الكهربائية تمامًا في الزئبق. يصبح الزئبق موصلًا فائقًا. لا يتحلل التيار الكهربائي المستحث في الحلقة فائقة التوصيل ويمكن أن يتدفق إلى الأبد تقريبًا.
وفوق هذه الحلقة ، ستطفو كرة فائقة التوصيل في الهواء ولن تسقط ، كما لو كانت من قصة خيالية.<гроб Магомета>، لأن ثقلها يعوضه التنافر المغناطيسي بين الحلقة والكرة. بعد كل شيء ، سيخلق التيار غير المخمد في الحلقة مجالًا مغناطيسيًا ، وسيؤدي بدوره إلى إحداث تيار كهربائي في الكرة ، ومعه ، مجال مغناطيسي موجه بشكل معاكس.
بالإضافة إلى الزئبق ، يمتلك القصدير والرصاص والزنك والألمنيوم موصلية فائقة بالقرب من الصفر المطلق. تم العثور على هذه الخاصية في 23 عنصرًا وأكثر من مائة سبيكة مختلفة ومركبات كيميائية أخرى.
درجات الحرارة التي تظهر عندها الموصلية الفائقة (درجات الحرارة الحرجة) هي في نطاق واسع إلى حد ما ، من 0.35 درجة كلفن (الهافنيوم) إلى 18 درجة كلفن (سبيكة النيوبيوم-القصدير).
ظاهرة الموصلية الفائقة ، وكذلك فائقة
السيولة ، درس بالتفصيل. تم العثور على اعتمادات درجات الحرارة الحرجة على الهيكل الداخلي للمواد والمجال المغناطيسي الخارجي. تم تطوير نظرية عميقة للموصلية الفائقة (تم تقديم مساهمة مهمة من قبل العالم السوفيتي الأكاديمي ن. ن. بوجوليوبوف).
إن جوهر هذه الظاهرة المتناقضة هو مرة أخرى كم بحت. في درجات حرارة شديدة الانخفاض ، تدخل الإلكترونات

يشكل الموصل الفائق نظامًا من الجسيمات المتصلة زوجيًا والتي لا يمكنها إعطاء الطاقة للشبكة البلورية ، وتنفق الطاقة الكمومية لتسخينها. أزواج من الإلكترونات تتحرك مثل<танцуя>، ما بين<прутьями решетки>- الأيونات وتجاوزها بدون اصطدامات ونقل الطاقة.
يتم استخدام الموصلية الفائقة بشكل متزايد في التكنولوجيا.
على سبيل المثال ، تدخل الملفات اللولبية فائقة التوصيل حيز التنفيذ - ملفات فائقة التوصيل مغمورة في الهيليوم السائل. بمجرد تحريض التيار ، وبالتالي ، يمكن تخزين المجال المغناطيسي فيها لفترة طويلة بشكل تعسفي. يمكن أن تصل إلى قيمة هائلة - أكثر من 100000 درهم. في المستقبل ، ستظهر بلا شك أجهزة صناعية فائقة التوصيل قوية - محركات كهربائية ، ومغناطيسات كهربائية ، إلخ.
في إلكترونيات الراديو ، تبدأ المضخمات فائقة الحساسية ومولدات الموجات الكهرومغناطيسية في لعب دور مهم ، والتي تعمل بشكل جيد بشكل خاص في الحمامات التي تحتوي على الهيليوم السائل - هناك الجزء الداخلي<шумы>معدات. في تكنولوجيا الحوسبة الإلكترونية ، يعد بمستقبل مشرق للمفاتيح فائقة التوصيل منخفضة الطاقة - الكريوترونات (انظر الفن.<Пути электроники>).
ليس من الصعب تخيل مدى إغراء التقدم في تشغيل هذه الأجهزة إلى درجات حرارة أعلى يسهل الوصول إليها. في الآونة الأخيرة ، تم فتح الأمل في إنشاء موصلات فائقة من أفلام البوليمر. تعد الطبيعة الغريبة للتوصيل الكهربائي في مثل هذه المواد بفرصة رائعة للحفاظ على الموصلية الفائقة حتى في درجات حرارة الغرفة. يبحث العلماء باستمرار عن طرق لتحقيق هذا الأمل.

في اعماق النجوم

والآن دعونا ننظر إلى عالم أهم الأشياء في العالم - في أحشاء النجوم. حيث تصل درجات الحرارة إلى ملايين الدرجات.
تكون الحركة الحرارية الفوضوية في النجوم شديدة لدرجة أن الذرات الكاملة لا يمكن أن توجد هناك: يتم تدميرها في تصادمات لا حصر لها.
لذلك ، لا يمكن أن تكون المادة المسخنة بشدة إما صلبة أو سائلة أو غازية. إنه في حالة البلازما ، أي خليط مشحون كهربائيًا<осколков>الذرات - النوى الذرية والإلكترونات.
البلازما هي نوع من حالة المادة. نظرًا لأن جسيماتها مشحونة كهربائيًا ، فإنها تخضع بشكل حساس للقوى الكهربائية والمغناطيسية. لذلك ، فإن الاقتراب من نواتين ذريتين (يحملان شحنة موجبة) هو ظاهرة نادرة. فقط عند الكثافات العالية ودرجات الحرارة الهائلة تصطدم النوى الذرية مع بعضها البعض بحيث تكون قادرة على الاقتراب. ثم تحدث التفاعلات الحرارية النووية - مصدر الطاقة للنجوم.
أقرب نجم إلينا - تتكون الشمس أساسًا من بلازما الهيدروجين ، والتي يتم تسخينها في أحشاء النجم حتى 10 ملايين درجة. في ظل هذه الظروف ، تحدث مواجهات قريبة لنوى هيدروجين سريعة - البروتونات ، على الرغم من ندرة حدوثها. في بعض الأحيان تتفاعل البروتونات التي تقترب: بعد التغلب على التنافر الكهربائي ، تسقط بسرعة في قوة قوى الجذب النووية العملاقة<падают>بعضها البعض ودمجها. هنا تحدث إعادة ترتيب فورية: بدلاً من بروتونين ، يظهر الديوترون (نواة النظير الثقيل للهيدروجين) والبوزيترون والنيوترينو. الطاقة المنبعثة هي 0.46 مليون إلكترون فولت (Mev).
يمكن لكل بروتون شمسي أن يدخل في مثل هذا التفاعل في المتوسط مرة واحدة كل 14 مليار سنة. ولكن هناك الكثير من البروتونات في أحشاء النجم الذي يقع هنا وهناك هذا الحدث غير المحتمل - ويشتعل نجمنا بلهبته المتساوية المبهرة.
إن تركيب الديوترونات ليس سوى الخطوة الأولى في التحولات النووية الحرارية الشمسية. يتحد الديوترون حديث الولادة قريبًا (في المتوسط بعد 5.7 ثانية) مع بروتون آخر. يوجد لب من الهيليوم الخفيف وكمية جاما من الإشعاع الكهرومغناطيسي. يتم تحرير 5.48 ميغا إلكترون فولت من الطاقة.
أخيرًا ، في المتوسط ، مرة واحدة كل مليون سنة ، يمكن أن تتلاقى نواتان من الهيليوم الخفيف وتندمج. ثم تتشكل نواة الهيليوم العادية (جسيم ألفا) وينقسم بروتونان. يتم تحرير 12.85 ميغا إلكترون فولت من الطاقة.
هذه ثلاث مراحل<конвейер>التفاعلات النووية الحرارية ليست الوحيدة. هناك سلسلة أخرى من التحولات النووية ، أسرع منها. تشارك فيه النوى الذرية للكربون والنيتروجين (دون أن تستهلك). ولكن في كلتا الحالتين ، يتم تصنيع جسيمات ألفا من نوى الهيدروجين. من الناحية المجازية ، فإن بلازما الهيدروجين الشمسي<сгорает>، يتحول إلى<золу>- بلازما الهيليوم. وفي عملية تخليق كل جرام من بلازما الهليوم ، يتم إطلاق 175 ألف كيلو وات ساعة من الطاقة. كمية كبيرة!
في كل ثانية ، تشع الشمس 41033 ergs من الطاقة ، وتفقد 4،1012 جم (4 ملايين طن) من المادة في الوزن. لكن الكتلة الكلية للشمس هي 2 1027 طن وهذا يعني أنه في مليون سنة وبسبب انبعاث الإشعاع فإن الشمس<худеет>فقط واحد على عشرة ملايين من كتلته. توضح هذه الأرقام ببلاغة فعالية التفاعلات الحرارية النووية والقيمة الحرارية الهائلة للطاقة الشمسية.<горючего>- الهيدروجين.
يبدو أن الاندماج الحراري النووي هو المصدر الرئيسي للطاقة لجميع النجوم. تحدث أنواع مختلفة من التفاعلات في درجات حرارة مختلفة وكثافة مختلفة للديكورات الداخلية النجمية. على وجه الخصوص ، الطاقة الشمسية<зола>- نواة الهليوم - عند 100 مليون درجة تصبح نووي حراري نفسها<горючим>. ثم يمكن تصنيع النوى الذرية الأثقل - الكربون وحتى الأكسجين - من جسيمات ألفا.
وفقًا للعديد من العلماء ، فإن مجرتنا Metagalaxy ككل هي أيضًا ثمرة اندماج نووي حراري ، والذي حدث عند درجة حرارة مليار درجة (انظر الفن.<Вселенная вчера, сегодня и завтра>).

للشمس الاصطناعية

محتوى السعرات الحرارية غير العادي للنووي الحراري<горючего>دفع العلماء إلى السعي وراء التنفيذ الاصطناعي لتفاعلات الاندماج النووي.
<Горючего>هناك العديد من نظائر الهيدروجين على كوكبنا. على سبيل المثال ، يمكن الحصول على تريتيوم الهيدروجين الثقيل من معدن الليثيوم في المفاعلات النووية. والهيدروجين الثقيل - الديوتيريوم هو جزء من الماء الثقيل الذي يمكن استخراجه من الماء العادي.
يمكن أن يوفر الهيدروجين الثقيل المستخرج من كأسين من الماء العادي قدرًا من الطاقة في مفاعل الاندماج بقدر ما يوفره الآن حرق برميل من البنزين الممتاز.
الصعوبة تكمن في التسخين المسبق<горючее>إلى درجات الحرارة التي يمكن أن تشتعل فيها بنيران نووية حرارية قوية.
تم حل هذه المشكلة لأول مرة في القنبلة الهيدروجينية. تشتعل نظائر الهيدروجين هناك بانفجار قنبلة ذرية مصحوبة بتسخين المادة إلى عشرات الملايين من الدرجات. في نسخة واحدة من القنبلة الهيدروجينية ، يكون الوقود النووي الحراري مركبًا كيميائيًا من الهيدروجين الثقيل مع الليثيوم الخفيف - ديوتريد الضوء l و t و i. هذا المسحوق الأبيض يشبه ملح الطعام ،<воспламеняясь>من<спички>، وهي القنبلة الذرية ، تنفجر على الفور وتنتج درجة حرارة تصل إلى مئات الملايين من الدرجات.
من أجل بدء تفاعل نووي حراري سلمي ، يجب على المرء أولاً أن يتعلم ، بدون خدمات القنبلة الذرية ، كيفية تسخين جرعات صغيرة من بلازما كثيفة بدرجة كافية من نظائر الهيدروجين إلى درجات حرارة تصل إلى مئات الملايين من الدرجات. هذه المشكلة هي واحدة من أصعب المشاكل في الفيزياء التطبيقية الحديثة. يعمل العلماء من جميع أنحاء العالم عليه منذ سنوات عديدة.
لقد قلنا بالفعل أن الحركة الفوضوية للجسيمات هي التي تخلق تسخين الأجسام ، ومتوسط طاقة حركتها العشوائية يتوافق مع درجة الحرارة. إن تسخين الجسم البارد يعني خلق هذا الاضطراب بأي شكل من الأشكال.
تخيل أن مجموعتين من العدائين تندفعان بسرعة نحو بعضهما البعض. لذلك اصطدموا ، واختلطوا ، وبدأ حشد من الناس ، والارتباك. فوضى كبيرة!
بالطريقة نفسها تقريبًا ، حاول الفيزيائيون في البداية الحصول على درجة حرارة عالية - عن طريق دفع نفاثات غازية عالية الضغط. تم تسخين الغاز حتى 10 آلاف درجة. في وقت ما كان رقمًا قياسيًا: درجة الحرارة أعلى من درجة حرارة سطح الشمس.
ولكن مع هذه الطريقة ، يصبح تسخين الغاز أكثر بطئًا وغير قابل للانفجار أمرًا مستحيلًا ، حيث ينتشر الاضطراب الحراري على الفور في جميع الاتجاهات ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة جدران الغرفة التجريبية والبيئة. تغادر الحرارة الناتجة النظام بسرعة ومن المستحيل عزله.
إذا تم استبدال نفاثات الغاز بتدفقات البلازما ، تظل مشكلة العزل الحراري صعبة للغاية ، ولكن هناك أيضًا أمل في حلها.
صحيح ، لا يمكن حماية البلازما من فقدان الحرارة بواسطة الأوعية المصنوعة من أكثر المواد مقاومة للحرارة. عند التلامس مع الجدران الصلبة ، تبرد البلازما الساخنة على الفور. من ناحية أخرى ، يمكن محاولة إمساك البلازما وتسخينها عن طريق تكوين تراكمها في فراغ بحيث لا تلمس جدران الغرفة ، بل تتدلى في الفراغ دون لمس أي شيء. هنا يجب أن يستفيد المرء من حقيقة أن جزيئات البلازما ليست محايدة ، مثل ذرات الغاز ، ولكنها مشحونة كهربائيًا. لذلك ، في الحركة ، يخضعون لتأثير القوى المغناطيسية. تبرز المشكلة: ترتيب مجال مغناطيسي بتكوين خاص حيث تتدلى البلازما الساخنة مثل كيس بجدران غير مرئية.
يتم إنشاء أبسط شكل من أشكال هذا المجال الكهربائي تلقائيًا عندما يتم تمرير نبضات تيار كهربائي قوي عبر البلازما. في هذه الحالة ، تحدث قوى مغناطيسية حول خيوط البلازما ، والتي تميل إلى ضغط الفتيل. تنفصل البلازما عن جدران أنبوب التفريغ ، وترتفع درجة الحرارة إلى 2 مليون درجة بالقرب من محور الشعيرة في اندفاع الجزيئات.
في بلدنا ، تم إجراء مثل هذه التجارب في وقت مبكر من عام 1950 بتوجيه من الأكاديميين JI. أرتسيموفيتش وماجستير ليونتوفيتش.
الاتجاه الآخر للتجارب هو استخدام زجاجة مغناطيسية ، اقترحها في عام 1952 الفيزيائي السوفيتي جي آي بودكر ، وهو الآن أكاديمي. يتم وضع الزجاجة المغناطيسية في corktron - غرفة فراغ أسطوانية مزودة بلف خارجي ، يثخن في نهايات الغرفة. التيار المتدفق عبر الملف يخلق مجالًا مغناطيسيًا في الحجرة. خطوط قوتها في الجزء الأوسط موازية لمولدات الأسطوانة ، وفي النهايات يتم ضغطها وتشكيل سدادات مغناطيسية. يتم حقن جزيئات البلازما في زجاجة مغناطيسية تلتف حول خطوط القوة وتنعكس من الفلين. نتيجة لذلك ، يتم الاحتفاظ بالبلازما داخل الزجاجة لبعض الوقت. إذا كانت طاقة جزيئات البلازما التي يتم إدخالها في الزجاجة عالية بما يكفي وكان هناك ما يكفي منها ، فإنها تدخل في تفاعلات معقدة للقوة ، وتصبح حركتها المنظمة في البداية متشابكة ، وتصبح مضطربة - ترتفع درجة حرارة نوى الهيدروجين إلى عشرات الملايين من الدرجات .
يتم تحقيق تسخين إضافي بواسطة الكهرومغناطيسية<ударами>بواسطة البلازما ، ضغط المجال المغناطيسي ، إلخ. الآن يتم تسخين بلازما نوى الهيدروجين الثقيل إلى مئات الملايين من الدرجات. صحيح ، يمكن القيام بذلك إما لفترة قصيرة أو بكثافة بلازما منخفضة.
لإثارة تفاعل مستدام ذاتيًا ، من الضروري زيادة درجة حرارة وكثافة البلازما. هذا صعب التحقيق ومع ذلك ، فإن المشكلة ، كما يعتقد العلماء ، قابلة للحل بلا شك.

ج. أنفيلوف

يُسمح بنشر الصور واستشهاد المقالات من موقعنا على مصادر أخرى بشرط توفير رابط للمصدر والصور.