ЧОМУ НА ШКАЛІ КЕЛЬВІНА ВІДСУТНІ ВІД’ЄМНІ ТЕМПЕРАТУРИ

Температура є одним із основних показників фізичних процесів. У нашому повсякденному житті, ми використовуємо різні шкали температури, такі як Цельсія або Фаренгейта. Однак, у наукових дослідженнях і промисловості широко використовується шкала Кельвіна, яка відмінна своєю особливістю – відсутність від’ємних температур. У цій статті ми розглянемо причини відсутності від’ємних температур на шкалі Кельвіна та її фізичне пояснення.

Шкала Кельвіна і абсолютний нуль

Шкала Кельвіна названа на честь фізика Вільгельма Томсона, відомого як Лорд Кельвін, який вніс вагомий внесок в теплову фізику. Основна особливість цієї шкали полягає в її відліку температури від абсолютного нуля.

Абсолютний нуль є теоретичним станом, при якому рух молекул в тілі припиняється абсолютно. За шкалою Кельвіна, абсолютний нуль має значення 0 Кельвіна (або 0 K). Таким чином, всяка температура на шкалі Кельвіна починається зі значення 0 K.

Температурний діапазон на шкалі Кельвіна

Одна з особливостей шкали Кельвіна полягає в тому, що вона відображає абсолютний рух молекул і атомів в речовині. Це означає, що температура на шкалі Кельвіна прямо пропорційна енергії руху частинок.

Наприклад, при нульовій температурі на шкалі Кельвіна, молекули абсолютно нерухомі, отже, рухова енергія дорівнює нулю. При збільшенні температури, рухова енергія молекул зростає, що відображається на шкалі Кельвіна.

Від’ємні температури на шкалі Кельвіна

Шкала Кельвіна базується на фізичному принципі, що неможливо мати від’ємну температуру. Від’ємна температура позначала б боротьбу з фізичною реальністю та призводила до суперпозиції та суперпроводності.

Одна з основних причин відсутності від’ємних температур на шкалі Кельвіна полягає в тому, що вона відповідає принципу Кельвіна-Клаузіуса про оберненість різниці температур.

Принцип Кельвіна-Клаузіуса і відсутність від’ємних температур

Принцип Кельвіна-Клаузіуса, також відомий як другий закон термодинаміки, встановлює пропорційність між тепловим випромінюванням і температурою тіла. Згідно з цим принципом, незмінна рухлива машина не може ефективно виконувати роботу, якщо вона виставлено на контакт з одним тілом, що має більшу температуру, іншим тілом, що має меншу температуру.

Таким чином, згідно зі відомим другим законом термодинаміки, неможливо досягти від’ємної температури, оскільки це суперпозиція та порушення природних законів. Від’ємна температура вимагала б забезпечення енергії, що менша за абсолютний нуль, що фізично неможливо. Тому шкала Кельвіна не містить від’ємних температур.

Фізичне пояснення на рівні атомів та частинок

На рівні атомів і частинок, відсутність від’ємних температур на шкалі Кельвіна пояснюється їх внутрішньою енергією і руховою активністю. Абсолютний нуль означає відсутність будь-якого внутрішнього руху частинок, тому ідея від’ємних температур у цьому контексті не має фізичного змісту.

На відміну від температури, у якій частиці можуть мати різну кількість рухової активності, на шкалі Кельвіна від-0 Кельвіна до +∞, частинки відображають свою енергію. Відсутність рухової активності при нульовій температурі відбивається на шкалі Кельвіна як відсутність енергії руху.

Заключні міркування

Таким чином, шкала Кельвіна використовується у наукових та промислових цілях, оскільки вона має зв’язок з абсолютним нулем і відображає внутрішню енергію речовини. Від’ємні температури на шкалі Кельвіна неіснують через фізичні обмеження та принципи, які описують теплову фізику та другий закон термодинаміки.

Запитання, які часто задаються про від’ємні температури

1. Чому шкала Кельвіна не має від’ємних температур?
2. Як фізично пояснити відсутність від’ємних температур на шкалі Кельвіна?
3. Які фізичні обмеження не дозволяють досягти від’ємних температур?
4. Чому від’ємна температура суперпозиція та порушення природних законів?
5. Як шкала Кельвіна відображає внутрішню енергію речовини?

Висновок:

Відсутність від’ємних температур на шкалі Кельвіна пояснюється її особливістю та фізичними законами, такими як принцип Кельвіна-Клаузіуса та другий закон термодинаміки. Від’ємна температура відображала б суперпозицію та порушення природних законів, що фізично неможливо. Шкала Кельвіна ефективно використовується для вимірювання температури у наукових та промислових дослідженнях, оскільки вона зв’язана з абсолютним нулем та внутрішньою енергією речовини.

Залишити коментар

Опубліковано Максим на 26 01 2024. Поданий під Відповідь. Ви можете слідкувати за будь-якими відповідями через RSS 2.0. Ви можете подивитись до кінця і залишити відповідь.