Apa yang dimaksud dengan nol mutlak dalam termodinamika?

Suhu lingkungan sepanjang sejarah adalah dan telah menjadi unsur yang sangat menentukan bagi kelangsungan hidup makhluk hidup yang berbeda, dan sesuatu yang telah menandai masa depan evolusi dan dalam kasus manusia, cara memahami dunia yang mengelilinginya. kita

Faktanya, sebagian besar kehidupan yang diketahui hanya dapat hidup dalam batas termal, dan bahkan gerakan dan energi partikel diubah pada tingkat molekuler. Bahkan telah ditetapkan adanya suhu ekstrim yang dapat menyebabkan pergerakan partikel subatom berhenti sama sekali, karena mereka tetap tanpa energi sama sekali.

Ini adalah kasus nol mutlak, sebuah konsep yang dikembangkan oleh Kelvin dan penelitiannya memiliki relevansi ilmiah yang besar. Tapi; apa sebenarnya nol mutlak itu? Sepanjang artikel ini kami akan memeriksanya.

  • Artikel terkait: ” Diskalkulia: Kesulitan Belajar Matematika “

Nol mutlak: apa yang dimaksud dengan konsep ini?

Kami menyebut nol mutlak sebagai unit suhu terendah yang dianggap mungkin, -273,15ºC, situasi di mana partikel subatom sendiri akan menemukan diri mereka sendiri tanpa jenis energi apa pun dan tidak akan mampu melakukan jenis gerakan apa pun. Ini terjadi karena fakta bahwa fakta mengurangi suhu suatu benda menyiratkan pengurangan energi, yang dengannya nol mutlak akan menyiratkan ketiadaan total energi ini.

Ini adalah suhu yang tidak ditemukan di alam dan yang seharusnya hipotetis saat ini (pada kenyataannya, menurut prinsip ketidaktercapaian Nernst, mencapai suhu ini tidak mungkin), meskipun eksperimen ilmiah telah berhasil mencapai suhu yang sangat mirip. Namun, uraian di atas terkait dengan persepsi konsep ini dari perspektif mekanika klasik.

Penyelidikan selanjutnya yang akan mengesampingkan mekanika klasik untuk memasuki mekanika kuantum mengusulkan bahwa pada kenyataannya pada suhu ini masih akan ada jumlah energi minimum yang akan membuat partikel tetap bergerak, yang disebut energi titik nol. Meskipun sebelum penglihatan klasik pertama dalam keadaan hipotetis ini, materi harus muncul dalam keadaan padat karena tidak ada gerakan atau menghilang ketika massa setara dengan energi dan yang terakhir sama sekali tidak ada, mekanika kuantum mengusulkan bahwa ketika ada energi, mereka bisa ada..keadaan materi lainnya.

Penyelidikan Kelvin

Nama dan konsep nol mutlak berasal dari penelitian dan teori William Thomson, lebih dikenal sebagai Lord Kelvin, yang berangkat untuk elaborasi konsep ini dari pengamatan perilaku gas dan bagaimana mereka memvariasikan volumenya secara proporsional sebelum jatuh. suhu.

Berdasarkan ini, peneliti ini mulai menghitung pada suhu berapa volume gas akan menjadi nol, mencapai kesimpulan bahwa itu akan sesuai dengan suhu yang disebutkan di atas. Berdasarkan hukum termodinamika, penulis menciptakan skala suhunya sendiri, skala Kelvin, dengan menempatkan titik asal pada suhu serendah mungkin, nol mutlak.

Jadi, suhu 0ºK sama dengan nol mutlak, -273,15ºC. bagian dari penciptaan oleh penulis tersebut dari skala suhu yang dihasilkan dari hukum termodinamika waktu itu (tahun 1836).

Apakah ada sesuatu di luar?

Mempertimbangkan bahwa nol mutlak adalah suhu di mana tidak akan ada gerakan partikel atau hanya energi sisa nol mutlak, orang bertanya-tanya apakah ada sesuatu yang bisa ada di luar suhu ini. Meskipun logika mungkin membuat kita berpikir sebaliknya, penelitian yang dilakukan oleh peneliti yang berbeda di Institut Max Planck tampaknya menunjukkan bahwa sebenarnya suhu yang lebih rendah bisa ada, dan itu akan sesuai dengan suhu negatif pada skala Kelvin (yaitu, katakan di bawah nol mutlak).

Ini adalah fenomena yang hanya bisa terjadi pada tingkat kuantum. Ini akan terjadi dalam kasus beberapa gas, yang melalui penggunaan laser dan dalam eksperimen dapat berubah dari agak di atas nol mutlak ke suhu negatif di bawah nol.

Temperatur ini akan memastikan bahwa gas yang dimaksud, yang disiapkan sedemikian rupa sehingga harus berkontraksi dengan kecepatan tinggi, tetap stabil. Dalam pengertian ini, ia menyerupai energi gelap, yang menurut beberapa ahli mencegah alam semesta runtuh dengan sendirinya.

  • Mungkin Anda tertarik: ” 11 jenis reaksi kimia “

Itu bisa digunakan untuk apa?

Mengetahui keberadaan nol mutlak memiliki dampak tidak hanya pada tingkat teoretis tetapi juga pada tingkat praktis. Dan ketika terkena suhu mendekati nol mutlak, banyak bahan sangat mengubah sifat mereka.

Contoh dari hal ini ditemukan dalam fakta bahwa pada suhu ini partikel subatom mengembun menjadi satu atom besar yang disebut kondensat Bose-Einstein. Demikian juga, beberapa sifat yang sangat menarik karena aplikasi praktisnya dapat ditemukan dalam superfluiditas atau superkonduktivitas yang dapat dicapai unsur tertentu dalam kondisi termal ini.

Referensi bibliografi:

  • Braun, S.et al.

    (2013). Atom pada suhu absolut negatif- sistem terpanas di dunia.

    Sains, 4. Masyarakat Max Planck.

  • Merali, Z.

    (2013). “Gas kuantum berada di bawah nol mutlak”.

    Alam.

    doi:10.1038/nature.2013.12146.