Language
Country/Area
No result found
Bí ẩn về nhiệt độ: Độ Không tuyệt đối là gì? Bạn có biết không?
Nhiệt độ là đại lượng vật lý thể hiện mức độ nóng hoặc lạnh của một vật thể. Chúng ta thường sử dụng nhiệt kế để đo, và thang đo của nhiệt kế phụ thuộc vào các tiêu chuẩn nhiệt độ khác nhau. Các tiêu chuẩn này chứa nhiều điểm tham chiếu và vật liệu khác nhau để đo nhiệt. Các thang nhiệt độ được sử dụng phổ biến nhất là độ C (°C), độ F (°F) và độ Kelvin (K). Trong số đó, Kelvin chủ yếu được sử dụng trong nghiên cứu khoa học và được coi là một trong bảy đơn vị cơ bản trong Hệ thống đo lường quốc tế. Độ không tuyệt đối trên thang nhiệt độ này, độ không Kelvin hoặc −273,15 °C, là điểm thấp nhất trên thang nhiệt độ nhiệt động lực học. Về mặt thực nghiệm, mặc dù không thể đạt tới độ không tuyệt đối thực sự, chúng ta có thể đến rất gần nó.
Ở độ không tuyệt đối, không còn bất kỳ năng lượng nhiệt vĩ mô nào trong vật chất, nhưng năng lượng điểm không của cơ học lượng tử vẫn tồn tại.
Tầm quan trọng của nhiệt độ
Nhiệt độ có nhiều tác động khác nhau, liên quan đến các tính chất vật lý của vật chất, chẳng hạn như sự thay đổi pha (rắn, lỏng, khí hoặc plasma), mật độ, độ hòa tan, độ dẫn điện, v.v. Hơn nữa, nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và mức độ của các phản ứng hóa học và thậm chí còn có tác động sâu sắc đến hành vi của mọi sinh vật sống. Ví dụ, tốc độ âm thanh trong khí tỷ lệ thuận với căn bậc hai của nhiệt độ tuyệt đối.
Sự tiến hóa của thang nhiệt độ
Thang nhiệt độ yêu cầu phải xác định hai giá trị: điểm không được chọn và kích thước của mức tăng nhiệt độ. Thang nhiệt độ Celsius (°C) là thang đo nhiệt độ được sử dụng rộng rãi nhất trên toàn thế giới, với điểm không được xác định bởi điểm đóng băng và điểm sôi của nước; trong khi thang nhiệt độ Fahrenheit được sử dụng rộng rãi ở Hoa Kỳ, với điểm đóng băng là 32 ° F và nhiệt độ sôi là 212 °F. Điểm không của thang nhiệt độ Kelvin là độ không tuyệt đối.
Định nghĩa về Độ Không Tuyệt Đối
Độ không tuyệt đối là một khái niệm quan trọng trong vật lý, đánh dấu trạng thái của vật chất khi năng lượng nhiệt bị loại bỏ hoàn toàn. Ở trạng thái này, các hạt vật chất sẽ ngừng chuyển động vĩ mô và theo định luật thứ ba của nhiệt động lực học, năng lượng nhiệt động lực học ròng bằng không. Con người không thể làm lạnh vật thể đến nhiệt độ này và chỉ có thể khám phá ranh giới của nó ở mức gần nhất có thể.
Theo quan điểm thực nghiệm, chỉ có thể tiếp cận chứ không thể đạt tới độ không tuyệt đối. Nhiệt độ thực nghiệm thấp nhất cho đến nay là 38 pK.
Tiêu chuẩn nhiệt độ tuyệt đối và tương đối
Trong số các tiêu chuẩn nhiệt độ, thang nhiệt độ Kelvin được coi là thang đo tuyệt đối vì nó không dựa vào bất kỳ chất hoặc dụng cụ đo nhiệt cụ thể nào. Từ năm 2019, định nghĩa về nhiệt độ Kelvin đã dựa trên các hiện tượng vi mô và liên quan đến hằng số Boltzmann, cho phép đo nhiệt độ chính xác hơn.
Mối quan hệ giữa cơ học thống kê và nhiệt động lực học
Thang nhiệt độ Kelvin hiện tại không còn được định nghĩa rõ ràng là chuẩn tham chiếu nữa mà dựa vào việc xác định hằng số Boltzmann chính xác. Về mặt lịch sử, định nghĩa của Kelvin dựa trên các tính chất nhiệt động lực học của động cơ Carnot, thay vì dựa vào mô tả chuyển động ở cấp độ vi mô. Điều này cho phép chúng ta tạo ra một tiêu chuẩn chung hơn để mô tả nhiệt độ.
Phương pháp đo lường cổ điển và hiện đại
Nhiệt độ trước đây thường được đo bằng các tiêu chuẩn thực nghiệm như điểm ba của nước (được định nghĩa là 273,16 K), nhưng ngày càng dựa vào số liệu thống kê và hiểu biết về động lực học vi mô. Điều này cho thấy nhiệt độ không chỉ là phép đo vĩ mô mà còn là kết quả của hành vi vi mô và lượng tử.
Phát triển trong tương lai
Với những nghiên cứu sâu hơn về nhiệt động lực học và vật lý thống kê, các nhà khoa học có thể tìm kiếm những phép đo chính xác hơn. Ví dụ, sử dụng thể tích mol của một chất khí hoặc quang phổ bức xạ của vật đen để đo nhiệt độ là hướng nghiên cứu đầy hứa hẹn trong tương lai.
Thông qua sự hiểu biết về hành vi lượng tử, chúng ta có thể hiểu sâu hơn và đo lường chính xác hơn độ không tuyệt đối trong tương lai.
Trong khi khám phá những hiện tượng khoa học hấp dẫn này, chúng ta không khỏi tự hỏi: Liệu có những quy luật tự nhiên và bí ẩn nào của vũ trụ ẩn giấu trong giới hạn nhiệt độ không thể đạt tới mà chúng ta chưa hiểu được không?
