ABSOLUTNE ZERA
ABSOLUTNE ZERA, temperatura, w której wszystkie elementy układu mają najmniejszą ilość energii dozwoloną przez prawa MECHANIKI KWANTOWEJ; zero w skali Kelvina, czyli -273,15°C (-459,67° Fahrenheita). W tej temperaturze entropia układu to ilość energii odpowiednia do uzupełnienia pożyteczna praca, - również wynosi zero, chociaż całkowita ilość energii układu może być różna od zera.
Naukowy i techniczny słownik encyklopedyczny.
Zobacz, co oznacza „ZERO ABSOLUTNE” w innych słownikach:
Temperatura to minimalna granica temperatury, jaką może mieć ciało fizyczne. Zero absolutne służy jako punkt wyjścia dla bezwzględnej skali temperatury, takiej jak skala Kelvina. W skali Celsjusza zero absolutne odpowiada temperaturze -273… Wikipedia
ABSOLUTNA TEMPERATURA ZEROWA- początek termodynamicznej skali temperatur; położony w temperaturze 273,16 K (Kelwina) poniżej (patrz) wody, tj. równa 273,16°C (Celsjusza). Zero absolutne to najniższa temperatura w przyrodzie i praktycznie nieosiągalna... Wielka encyklopedia politechniczna
Jest to minimalna granica temperatury, jaką może mieć ciało fizyczne. Zero absolutne służy jako punkt wyjścia dla bezwzględnej skali temperatury, takiej jak skala Kelvina. W skali Celsjusza zero absolutne odpowiada temperaturze -273,15°C.… … Wikipedia
Temperatura zera bezwzględnego to minimalna granica temperatury, jaką może mieć ciało fizyczne. Zero absolutne służy jako punkt wyjścia dla bezwzględnej skali temperatury, takiej jak skala Kelvina. W skali Celsjusza zero absolutne odpowiada... ...Wikipedii
Razg. Zaniedbany Nieistotna, nieistotna osoba. FSRY, 288; BTS, 24; ZS 1996, 33...
zero- zero absolutne... Słownik rosyjskich idiomów
Rzeczownik zero i zero, m., używany. porównywać często Morfologia: (nie) co? zero i zero, dlaczego? zero i zero, (widzisz) co? zero i zero, co? zero i zero, o co chodzi? około zera, zera; pl. Co? zera i zera, (nie) co? zera i zera, dlaczego? zera i zera, (rozumiem)… … Słownik Dmitrijewa
Zero absolutne (zero). Razg. Zaniedbany Nieistotna, nieistotna osoba. FSRY, 288; BTS, 24; ZS 1996, 33 V zero. 1. Jarg. mówią Żartuję. żelazo. O ciężkim zatruciu. Juganow, 471; Wachitow 2003, 22. 2. Zharg. muzyka Dokładnie, w pełnej zgodzie z... ... Duży słownik rosyjskich powiedzeń
absolutny- absolutny absurd, absolutny autorytet, absolutna nieskazitelność, absolutny nieporządek, absolutna fikcja, absolutny immunitet, absolutny przywódca, absolutne minimum, absolutny monarcha, absolutna moralność, absolutne zero… … Słownik rosyjskich idiomów
Książki
- Zero absolutne, Absolutny Paweł. Życie wszystkich dzieł szalonego naukowca rasy Nes jest bardzo krótkie. Ale kolejny eksperyment ma szansę zaistnieć. Co go czeka dalej?...
Absolutna temperatura zera
Absolutna temperatura zera(rzadziej - temperatura zera absolutnego) - minimalna granica temperatury, jaką może mieć ciało fizyczne we Wszechświecie. Zero absolutne służy jako początek absolutnej skali temperatury, takiej jak skala Kelvina. W 1954 roku X Generalna Konferencja Miar i Wag ustaliła termodynamiczną skalę temperatur z jednym punktem odniesienia – punktem potrójnym wody, której temperaturę przyjęto 273,16 K (dokładnie), co odpowiada 0,01°C, tak że w skali Celsjusza temperatura odpowiada zeru absolutnemu -273,15 °C.
Zjawiska obserwowane w pobliżu zera absolutnego
W temperaturach bliskich zera absolutnego na poziomie makroskopowym można zaobserwować efekty czysto kwantowe, takie jak:
Notatki
Literatura
- G. Burmina. Atak na zero absolutne. - M.: „Literatura dla dzieci”, 1983
Zobacz także
Fundacja Wikimedia.
- 2010.
- Goeringa
Kszapanaka
Zobacz, co oznacza „temperatura zera absolutnego” w innych słownikach: ABSOLUTNA TEMPERATURA ZEROWA - termodynamiczny punkt odniesienia. temperatura; znajduje się 273,16 K poniżej temperatury punktu potrójnego (0,01°C) wody (273,15°C poniżej temperatury zera w skali Celsjusza, (patrz SKALE TEMPERATURY).Istnienie termodynamicznej skali temperatury i A. n. T.… …
Encyklopedia fizyczna temperatura zera absolutnego - początek odczytu temperatury bezwzględnej na termodynamicznej skali temperatur. Zero absolutne znajduje się 273,16°C poniżej temperatury punktu potrójnego wody, która przyjmuje się za 0,01°C. Temperatura zera absolutnego jest zasadniczo nieosiągalna... ...
Encyklopedia fizyczna Słownik encyklopedyczny - absoliutusis nulis statusas T sritis Energetika apibrėžtis Termodinaminės temperatūros atskaitos pradžia, esanti 273.16 K žemiau trigubojo vandens taško. Pagal trečiąjį termodinamikos dėsnį, absoliutusis nulis nepasiekiamas. atitikmenys: pol.… …
Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas Absolutna temperatura zera - początkowy odczyt w skali Kelvina to ujemna temperatura 273,16 stopnia w skali Celsjusza...
Początki nowożytnych nauk przyrodniczych- temperatura, początek odczytu temperatury na termodynamicznej skali temperatur. Zero absolutne znajduje się 273,16°C poniżej temperatury punktu potrójnego wody (0,01°C). Zero absolutne jest w zasadzie nieosiągalne, temperatury prawie osiągnęły... ... Nowoczesna encyklopedia
Początki nowożytnych nauk przyrodniczych- temperatura jest początkiem odczytu temperatury na termodynamicznej skali temperatur. Zero absolutne znajduje się w temperaturze 273,16°C poniżej temperatury punktu potrójnego wody, dla której wartość wynosi 0,01°C. Zero absolutne jest zasadniczo nieosiągalne (patrz... ... Wielki słownik encyklopedyczny
Początki nowożytnych nauk przyrodniczych- temperatura wyrażająca brak ciepła wynosi 218 ° C. Słownik obce słowa, zawarte w języku rosyjskim. Pavlenkov F., 1907. Temperatura zera absolutnego (fizyczna) - najniższa możliwa temperatura (273,15°C). Wielki słownik... ... Słownik obcych słów języka rosyjskiego
Początki nowożytnych nauk przyrodniczych- temperatura, początek temperatury w termodynamicznej skali temperatur (patrz TERMODYNAMICZNA SKALA TEMPERATURY). Zero absolutne znajduje się 273,16 °C poniżej temperatury punktu potrójnego (patrz PUNKT POTRÓJNY) wody, dla której przyjmuje się ... ... - początek odczytu temperatury bezwzględnej na termodynamicznej skali temperatur. Zero absolutne znajduje się 273,16°C poniżej temperatury punktu potrójnego wody, która przyjmuje się za 0,01°C. Temperatura zera absolutnego jest zasadniczo nieosiągalna... ...
Początki nowożytnych nauk przyrodniczych- wyjątkowo niska temperatura, w której zatrzymuje się ruch termiczny cząsteczek. Zgodnie z prawem Boyle’a-Mariotte’a ciśnienie i objętość gazu doskonałego stają się równe zeru, a za początek temperatury bezwzględnej w skali Kelvina przyjmuje się... ... Słownik ekologiczny
Początki nowożytnych nauk przyrodniczych- początek zliczania temperatury bezwzględnej. Odpowiada 273,16° C. Obecnie w laboratoriach fizycznych udało się uzyskać temperaturę przekraczającą zero absolutne zaledwie o kilka milionowych stopnia i osiągnąć ją zgodnie z prawami... ... Encyklopedia Colliera
Fizyczna koncepcja „temperatury zera absolutnego” ma zastosowanie współczesna nauka bardzo ważne: ściśle z nim związane jest pojęcie nadprzewodnictwa, którego odkrycie wywołało prawdziwą sensację w drugiej połowie XX wieku.
Aby zrozumieć, czym jest zero absolutne, warto sięgnąć do prac takich znanych fizyków, jak G. Fahrenheit, A. Celsjusza, J. Gay-Lussac i W. Thomson. Odegrali kluczową rolę w stworzeniu głównych skal temperatury, które są nadal używane.
Pierwszym, który zaproponował swoją skalę temperatur, był niemiecki fizyk G. Fahrenheit w 1714 roku. Jednocześnie temperaturę mieszaniny zawierającej śnieg i amoniak przyjęto jako zero absolutne, czyli najniższy punkt tej skali. Kolejnym ważnym wskaźnikiem był współczynnik równy 1000. W związku z tym każdy podział tej skali nazwano „stopniem Fahrenheita”, a samą skalę nazwano „skalą Fahrenheita”.
30 lat później szwedzki astronom A. Celsjusza zaproponował własną skalę temperatur, w której głównymi punktami była temperatura topnienia lodu i wody. Skalę tę nazwano „skalą Celsjusza”; nadal jest ona popularna w większości krajów świata, w tym w Rosji.
W 1802 roku, przeprowadzając swoje słynne eksperymenty, francuski naukowiec J. Gay-Lussac odkrył, że objętość gazu pod stałym ciśnieniem zależy bezpośrednio od temperatury. Ale najciekawsze było to, że gdy temperatura zmieniła się o 10 stopni Celsjusza, objętość gazu wzrosła lub zmniejszyła się o tę samą ilość. Po dokonaniu niezbędnych obliczeń Gay-Lussac stwierdził, że wartość ta jest równa 1/273 objętości gazu w temperaturze 0°C.
Prawo to prowadzi do oczywistego wniosku: temperatura równa -2730C to najniższa temperatura, nawet jeśli się do niej zbliżysz, nie da się jej osiągnąć. Tę temperaturę nazywa się „temperaturą zera absolutnego”.
Co więcej, zero absolutne stało się punktem wyjścia do stworzenia skali temperatury absolutnej, w czym aktywny udział wziął angielski fizyk W. Thomson, znany również jako Lord Kelvin.
Jego główne badania dotyczyły udowodnienia, że żadnego ciała w przyrodzie nie można schłodzić poniżej zera absolutnego. Jednocześnie aktywnie korzystał z drugiej, dlatego wprowadzoną przez niego w 1848 roku bezwzględną skalę temperatury zaczęto nazywać termodynamiczną lub „skalą Kelvina”.
W kolejnych latach i dziesięcioleciach doszło jedynie do numerycznego wyjaśnienia pojęcia „zera absolutnego”, które po licznych porozumieniach zaczęto uważać za równe -273,150C.
Warto też zaznaczyć, że bardzo ważną rolę odgrywa zero absolutne. Cała rzecz w tym, że w roku 1960 na kolejnej Generalnej Konferencji Miar i Wag jednostka temperatury termodynamicznej – kelwin – stała się jedną z sześciu podstawowych jednostek miary . Jednocześnie specjalnie zastrzeżono, że jeden stopień Kelvina jest liczbowo równy jeden, ale za punkt odniesienia „według Kelvina” uważa się zwykle zero absolutne, czyli -273,150 ° C.
Główne fizyczne znaczenie zera absolutnego polega na tym, że zgodnie z podstawowymi prawami fizyki, w takiej temperaturze energia ruchu cząstek elementarnych, takich jak atomy i cząsteczki, wynosi zero i w tym przypadku każdy chaotyczny ruch tych samych cząstek powinien przerwać. W temperaturze równej zeru absolutnemu atomy i cząsteczki muszą zająć wyraźną pozycję w głównych punktach sieci krystalicznej, tworząc uporządkowany układ.
Obecnie, korzystając ze specjalnego sprzętu, naukowcom udało się uzyskać temperatury zaledwie o kilka części na milion powyżej zera absolutnego. Osiągnięcie tej wartości jest fizycznie niemożliwe ze względu na opisaną powyżej drugą zasadę termodynamiki.
Termin „temperatura” pojawił się w czasach, gdy fizycy uważali, że ciała ciepłe składają się z większej ilości określonej substancji – kalorycznej – niż te same ciała, ale zimne. Natomiast temperaturę interpretowano jako wartość odpowiadającą ilości kalorii w organizmie. Od tego czasu temperaturę każdego ciała mierzy się w stopniach. Ale tak naprawdę jest to miara energii kinetycznej poruszających się cząsteczek i na tej podstawie należy ją mierzyć w dżulach, zgodnie z Układem Jednostek C.
Pojęcie „temperatury zera absolutnego” wywodzi się z drugiej zasady termodynamiki. Według niej proces przenoszenia ciepła z ciała zimnego do gorącego jest niemożliwy. Koncepcję tę wprowadził angielski fizyk W. Thomson. Za osiągnięcia w fizyce nadano mu tytuł szlachecki „Lord” i tytuł „Baron Kelvin”. W 1848 roku W. Thomson (Kelvin) zaproponował zastosowanie skali temperatur, w której za punkt wyjścia przyjął temperaturę zera absolutnego, odpowiadającą skrajnemu zimnie, a za wartość podziału przyjął stopnie Celsjusza. Jednostką Kelvina jest 1/27316 temperatury punktu potrójnego wody (około 0 stopni C), tj. temperatura, w której czysta woda Natychmiast występuje w trzech postaciach: lodu, ciekłej wody i pary. temperatura to najniższa możliwa niska temperatura, w której ruch cząsteczek zatrzymuje się i nie jest już możliwe wydobycie energii cieplnej z substancji. Od tego momentu skala temperatury bezwzględne zaczęto nazywać go po imieniu.
Temperaturę mierzy się różnymi skalami
Najczęściej stosowaną skalą temperatury nazywa się skalą Celsjusza. Opiera się na dwóch punktach: temperaturze przejścia fazowego wody z cieczy w parę i wody w lód. A. Celsjusz w 1742 roku zaproponował podzielenie odległości między punktami odniesienia na 100 przedziałów i przyjęcie wody za zero, przy czym temperatura zamarzania wynosi 100 stopni. Jednak Szwed K. Linneusz zaproponował coś odwrotnego. Od tego czasu woda zamarzła w temperaturze zera stopni Celsjusza. Chociaż powinien wrzeć dokładnie w stopniach Celsjusza. Zero absolutne Celsjusza odpowiada minus 273,16 stopni Celsjusza.
Istnieje kilka innych skal temperatur: Fahrenheita, Reaumur, Rankin, Newton, Roemer. Mają różne ceny podziału. Na przykład skala Reaumur również jest zbudowana na punktach odniesienia wrzenia i zamarzania wody, ale ma 80 działek. Skala Fahrenheita, która pojawiła się w 1724 r., jest używana w życiu codziennym tylko w niektórych krajach świata, w tym w USA; jedna to temperatura mieszaniny wody, lodu i amoniaku, a druga to temperatura ciała ludzkiego. Skala podzielona jest na sto działów. Zero Celsjusza odpowiada 32. Przeliczenia stopni na Fahrenheita można dokonać korzystając ze wzoru: F = 1,8 C + 32. Odwrotna konwersja: C = (F - 32)/1,8, gdzie: F - stopnie Fahrenheita, C - stopnie Celsjusza. Jeśli jesteś zbyt leniwy, aby liczyć, skorzystaj z usługi online umożliwiającej przeliczenie stopni Celsjusza na Fahrenheita. W polu wprowadź liczbę stopni Celsjusza, kliknij „Oblicz”, wybierz „Fahrenheita” i kliknij „Start”. Wynik pojawi się natychmiast.
Nazwany na cześć angielskiego (a dokładniej szkockiego) fizyka Williama J. Rankina, współczesnego Kelvinowi i jednego z twórców termodynamiki technicznej. Na jego skali są trzy ważne punkty: początek to zero absolutne, temperatura zamarzania wody wynosi 491,67 stopnia Rankine’a, a temperatura wrzenia wody wynosi 671,67 stopnia. Liczba podziałów między zamarzaniem wody a jej wrzeniem zarówno dla stopnia Rankine’a, jak i Fahrenheita wynosi 180.
Większość z tych skal jest używana wyłącznie przez fizyków. A 40% ankietowanych dzisiaj amerykańskich uczniów szkół średnich stwierdziło, że nie wie, czym jest temperatura zera bezwzględnego.
Kiedy prognoza pogody przewiduje temperatury bliskie zeru, nie należy chodzić na lodowisko: lód się stopi. Za temperaturę topnienia lodu przyjmuje się zero stopni Celsjusza, co jest najczęstszą skalą temperatur.
Dobrze znamy skalę ujemnych stopni Celsjusza – stopni<ниже
нуля>, stopnie zimna. Najniższą temperaturę na Ziemi zanotowano na Antarktydzie: -88,3°C. Jeszcze niższe temperatury są możliwe poza Ziemią: na powierzchni Księżyca o północy księżycowej może ona osiągnąć -160°C.
Jednak dowolnie niskie temperatury nie mogą występować nigdzie.
Ekstremalnie niska temperatura – zero absolutne – odpowiada – 273,16° w skali Celsjusza.
Absolutna skala temperatury, skala Kelvina, wywodzi się z zera absolutnego. Lód topi się w temperaturze 273,16° Kelvina, a woda wrze w temperaturze 373,16° K. Zatem stopień K jest równy stopniowi C. Ale w skali Kelvina wszystkie temperatury są dodatnie.
Dlaczego 0°K jest granicą zimna?<пляска>Ciepło to chaotyczny ruch atomów i cząsteczek substancji. Kiedy substancja jest schładzana, energia cieplna jest z niej usuwana, a losowy ruch cząstek zostaje osłabiony. Docelowo przy mocnym chłodzeniu termicznym
cząstki prawie całkowicie się zatrzymują. Atomy i cząsteczki zamarzłyby całkowicie w temperaturze, którą przyjmuje się za zero absolutne.<идти медленнее, чем стоять на месте>.
Zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej w temperaturze zera absolutnego ustałby ruch termiczny cząstek, ale same cząstki nie zamarzłyby, ponieważ nie mogą znajdować się w całkowitym spoczynku. Zatem w temperaturze zera absolutnego cząstki muszą nadal utrzymywać pewien rodzaj ruchu, który nazywa się ruchem zerowym.
Jednak schłodzenie substancji do temperatury poniżej zera absolutnego jest pomysłem równie bezsensownym, jak, powiedzmy, zamiar
Co więcej, nawet osiągnięcie dokładnego zera absolutnego jest prawie niemożliwe. Można się do niego jedynie zbliżyć. Ponieważ w żaden sposób nie można odebrać substancji absolutnie całej energii cieplnej. Część energii cieplnej pozostaje w stanie najgłębszego chłodzenia.
Jak osiągnąć ultraniskie temperatury?
Zamrożenie substancji jest trudniejsze niż jej podgrzanie. Widać to nawet po porównaniu konstrukcji kuchenki i lodówki.
Założenie stałej lodówki helowej jest dość trudne.
Badania przeprowadza się po prostu w kąpielach z ciekłym helem. Aby skroplić ten gaz, fizycy stosują różne techniki. Na przykład rozprężają wstępnie schłodzony i sprężony hel, uwalniając go przez cienki otwór do komory próżniowej. Jednocześnie temperatura dalej spada i część gazu zamienia się w ciecz. Bardziej efektywne jest nie tylko rozprężenie schłodzonego gazu, ale także zmuszenie go do wykonania pracy - poruszenia tłoka.
Powstały ciekły hel przechowywany jest w specjalnych termosach - kolbach Dewara.
Koszt tego bardzo zimnego płynu (jedynego, który nie zamarza w temperaturze zera absolutnego) okazuje się dość wysoki. Niemniej jednak ciekły hel znajduje obecnie coraz szersze zastosowanie nie tylko w nauce, ale także w różnych urządzeniach technicznych.
Najniższe temperatury osiągnięto w inny sposób. Okazuje się, że cząsteczki niektórych soli, na przykład ałunu potasowo-chromowego, mogą obracać się wzdłuż linii sił magnetycznych. Sól tę wstępnie schładza się ciekłym helem do temperatury 1°K i umieszcza w silnym polu magnetycznym. W tym przypadku cząsteczki obracają się wzdłuż linii siły, a uwolnione ciepło jest odbierane przez ciekły hel. Następnie pole magnetyczne zostaje gwałtownie usunięte, cząsteczki ponownie obracają się w różnych kierunkach i ulegają zużyciu
Najniższa temperatura uzyskana dotychczas na Ziemi to 0,00001° K.
Nadciekłość
Substancja zamrożona do bardzo niskich temperatur w kąpielach z ciekłym helem ulega zauważalnym zmianom. Guma staje się krucha, ołów staje się twardy jak stal i elastyczny, wiele stopów zwiększa wytrzymałość.
Okazuje się, że w ultraniskich temperaturach kwantowe prawa zachowania materii zaczynają mieć zauważalny wpływ. Jak wymaga jedno z tych praw, energia może być przekazywana z ciała na ciało jedynie w ściśle określonych porcjach – kwantach. Kwantów ciepła w ciekłym helu jest tak mało, że nie wystarczy ich dla wszystkich atomów. Część cieczy pozbawiona kwantów ciepła pozostaje niejako w temperaturze zera absolutnego; jej atomy w ogóle nie uczestniczą w przypadkowym ruchu termicznym i nie oddziałują w żaden sposób ze ściankami naczynia. Ta część (nazywana helem-H) ma nadciekłość. Wraz ze spadkiem temperatury hel-P staje się coraz bardziej powszechny, a przy zera absolutnym cały hel zamieni się w hel-H.
Nadciekłość została obecnie szczegółowo zbadana i okazała się nawet użyteczna praktyczne zastosowanie: za jego pomocą można rozdzielić izotopy helu.
W pobliżu zera absolutnego zachodzą niezwykle interesujące zmiany we właściwościach elektrycznych niektórych materiałów.
W 1911 roku holenderski fizyk Kamerlingh Onnes dokonał nieoczekiwanego odkrycia: okazało się, że w temperaturze 4,12 ° K opór elektryczny w rtęci całkowicie zanika. Rtęć staje się nadprzewodnikiem.
Prąd elektryczny indukowany w pierścieniu nadprzewodzącym nie zanika i może płynąć niemal w nieskończoność.<гроб Магомета>Nad takim pierścieniem nadprzewodząca kulka będzie unosić się w powietrzu i nie spadać, jak w bajce
, ponieważ jego ciężar jest kompensowany przez odpychanie magnetyczne pomiędzy pierścieniem a kulką. Przecież ciągły prąd w pierścieniu wytworzy pole magnetyczne, a to z kolei indukuje prąd elektryczny w kuli, a wraz z nim przeciwnie skierowane pole magnetyczne.
Oprócz rtęci cyna, ołów, cynk i aluminium mają nadprzewodnictwo bliskie zera absolutnego. Właściwość tę stwierdzono w 23 pierwiastkach i ponad stu różnych stopach i innych związkach chemicznych.
Temperatury, w których pojawia się nadprzewodnictwo (temperatury krytyczne) obejmują dość szeroki zakres - od 0,35° K (hafn) do 18° K (stop niobowo-cynowy).
Zjawisko nadprzewodnictwa, podobnie jak super-
Płynność została szczegółowo zbadana. Stwierdzono zależności temperatur krytycznych od wewnętrznej struktury materiałów i zewnętrznego pola magnetycznego.
nadprzewodniki tworzą układ połączonych parami cząstek, które nie mogą przekazywać energii sieci krystalicznej ani marnować kwantów energii na jej ogrzewanie. Pary elektronów poruszają się jakby<танцуя>, między<прутьями решетки>- jony i ominąć je bez kolizji i transferu energii.
Nadprzewodnictwo jest coraz częściej wykorzystywane w technologii.
W praktyce wykorzystuje się na przykład solenoidy nadprzewodzące – cewki nadprzewodnika zanurzone w ciekłym helu. Raz wyindukowany prąd, a co za tym idzie pole magnetyczne, można w nich magazynować dowolnie długo.
Może osiągnąć gigantyczne rozmiary – ponad 100 000 oerstedów. W przyszłości niewątpliwie pojawią się potężne przemysłowe urządzenia nadprzewodzące - silniki elektryczne, elektromagnesy itp. W elektronice radiowej znaczącą rolę zaczynają odgrywać ultraczułe wzmacniacze i generatory. fale elektromagnetyczne<шумы>, które szczególnie dobrze sprawdzają się w kąpielach z ciekłym helem – tam wewnętrznym<Пути электроники>).
sprzęt. W elektronicznej technologii komputerowej rysuje się świetlana przyszłość dla przełączników nadprzewodzących małej mocy - kriotronów (patrz art. Nietrudno sobie wyobrazić, jak kuszące byłoby przeniesienie działania tego typu urządzeń w obszar wyższych, bardziej dostępnych temperatur. W ostatnio
W głębi gwiazd
A teraz zajrzyjmy w krainę najgorętszej rzeczy na świecie – w głębiny gwiazd. Gdzie temperatury sięgają milionów stopni.
Przypadkowy ruch termiczny w gwiazdach jest tak intensywny, że nie mogą tam istnieć całe atomy: ulegają one zniszczeniu w niezliczonych zderzeniach.<осколков>Substancja tak gorąca nie może zatem być ani stała, ani ciekła, ani gazowa. Występuje w stanie plazmy, czyli mieszaniny naładowanej elektrycznie
atomy - jądra atomowe i elektrony.
Najbliższa nam gwiazda, Słońce, składa się głównie z plazmy wodorowej, która w wnętrzu gwiazdy jest podgrzewana do temperatury 10 milionów stopni. W takich warunkach dochodzi do bliskich spotkań szybkich jąder wodoru – protonów, chociaż rzadko. Czasami protony, które się zbliżają, wchodzą w interakcję: pokonując odpychanie elektryczne, szybko wpadają w moc gigantycznych nuklearnych sił przyciągania<падают>jeden na drugim i łączą się. Tutaj następuje natychmiastowa restrukturyzacja: zamiast dwóch protonów pojawia się deuteron (jądro ciężkiego izotopu wodoru), pozyton i neutrino. Uwolniona energia wynosi 0,46 miliona elektronowoltów (MeV).
Każdy pojedynczy proton słoneczny może wejść w taką reakcję średnio raz na 14 miliardów lat. Ale w głębi światła jest tak wiele protonów, że tu i ówdzie dochodzi do tego nieprawdopodobnego zdarzenia - a nasza gwiazda płonie równym, olśniewającym płomieniem.
Synteza deuteronów to dopiero pierwszy etap słonecznych przemian termojądrowych. Nowonarodzony deuteron bardzo szybko (średnio po 5,7 sekundy) łączy się z innym protonem. Pojawia się lekkie jądro helu i promień gamma promieniowanie elektromagnetyczne
. Wydziela się 5,48 MeV energii.
Wreszcie średnio raz na milion lat dwa lekkie jądra helu mogą zbiegać się i łączyć. Następnie tworzy się jądro zwykłego helu (cząstka alfa) i oddzielają się dwa protony. Uwalnia się energia 12,85 MeV.<конвейер>Ten trzyetapowy<сгорает>reakcje termojądrowe nie są jedyne.<золу>Istnieje inny łańcuch przemian jądrowych, szybszy. Uczestniczą w nim (nie ulegając zużyciu) jądra atomowe węgla i azotu. Ale w obu opcjach cząstki alfa są syntetyzowane z jąder wodoru. Mówiąc obrazowo, plazma wodorowa Słońca , zamieniając się!
- plazma helowa. A podczas syntezy każdego grama plazmy helowej uwalniane jest 175 tysięcy kWh energii.<худеет>Ogromna liczba<горючего>Co sekundę Słońce emituje 41033 erg energii, tracąc 41012 g (4 miliony ton) materii. Ale całkowita masa Słońca wynosi 21027 ton. Oznacza to, że za milion lat Słońce będzie działać pod wpływem promieniowania
tylko jedną dziesięciomilionową jego masy. Liczby te wymownie ilustrują skuteczność reakcji termojądrowych i gigantyczną wartość opałową energii słonecznej.<зола>- wodór.<горючим>. Wtedy z cząstek alfa można syntetyzować nawet cięższe jądra atomowe – węgiel, a nawet tlen.
Według wielu naukowców cała nasza Metagalaktyka jest także owocem syntezy termojądrowej, która odbyła się w temperaturze miliarda stopni (patrz art.<Вселенная вчера, сегодня и завтра>).
Wyjątkowa wartość opałowa termojądrowa<горючего>skłoniło naukowców do osiągnięcia sztucznego wdrożenia reakcji syntezy jądrowej.
<Горючего>- Na naszej planecie występuje wiele izotopów wodoru. Na przykład superciężki wodorotryt można wytwarzać z metalicznego litu w reaktorach jądrowych. A ciężki wodór - deuter jest częścią ciężkiej wody, którą można wydobyć ze zwykłej wody.
Ciężki wodór wydobyty z dwóch szklanek zwykłej wody zapewniłby w reaktorze termojądrowym tyle energii, ile obecnie wytwarza się w wyniku spalania beczki benzyny premium.
Trudność polega na podgrzaniu<горючее>do temperatur, w których może zapalić się od silnego ognia termojądrowego.
Problem ten został po raz pierwszy rozwiązany w bombie wodorowej. Izotopy wodoru ulegają tam zapaleniu w wyniku eksplozji bomba atomowa, któremu towarzyszy ogrzewanie substancji do wielu dziesiątek milionów stopni. W jednej wersji bomby wodorowej paliwem termojądrowym jest związek chemiczny ciężkiego wodoru z lekkim litem – lekki deuterek litu. Ten biały proszek, podobny do soli kuchennej,<воспламеняясь>z<спички>, który jest bombą atomową, natychmiast eksploduje i wytwarza temperaturę setek milionów stopni.
Aby zainicjować pokojową reakcję termojądrową, trzeba najpierw nauczyć się podgrzewać małe dawki wystarczająco gęstej plazmy izotopów wodoru do temperatur setek milionów stopni bez użycia bomby atomowej. Problem ten jest jednym z najtrudniejszych we współczesnej fizyce stosowanej. Naukowcy na całym świecie pracują nad tym od wielu lat.
Powiedzieliśmy już, że to chaotyczny ruch cząstek powoduje ogrzewanie ciał, a średnia energia ich przypadkowego ruchu odpowiada temperaturze. Ogrzać zimne ciało oznacza w jakikolwiek sposób wywołać to zaburzenie.
Wyobraź sobie dwie grupy biegaczy pędzących ku sobie. Więc zderzyli się, pomieszali, zaczęło się zauroczenie i zamieszanie.
Wielki bałagan!
Ale dzięki tej metodzie dalsze, raczej powolne, niewybuchowe nagrzewanie gazu jest niemożliwe, ponieważ zaburzenie termiczne natychmiast rozprzestrzenia się we wszystkich kierunkach, ogrzewając ściany komory doświadczalnej i otoczenie. Powstałe ciepło szybko opuszcza system i nie da się go odizolować.
Jeśli strumienie gazu zostaną zastąpione przepływami plazmy, problem izolacji termicznej pozostaje bardzo trudny, ale jest też nadzieja na jego rozwiązanie.
To prawda, że \u200b\u200bplazmy nie można chronić przed utratą ciepła za pomocą naczyń wykonanych z nawet najbardziej ogniotrwałej substancji. W kontakcie z litymi ścianami gorąca plazma natychmiast się ochładza. Można jednak spróbować utrzymać i ogrzać plazmę, tworząc jej akumulację w próżni tak, aby nie dotykała ścian komory, lecz wisiała w pustce, nie dotykając niczego. Tutaj powinniśmy skorzystać z faktu, że cząstki plazmy nie są obojętne, jak atomy gazu, ale naładowane elektrycznie. Dlatego podczas ruchu są narażone na działanie sił magnetycznych. Powstaje zadanie: wytworzyć pole magnetyczne o specjalnej konfiguracji, w którym gorąca plazma wisiałaby jak w worku o niewidzialnych ściankach.
Najprostsza forma Ten rodzaj energii powstaje automatycznie, gdy przez plazmę przechodzą silne impulsy prąd elektryczny. W tym przypadku wokół przewodu plazmowego indukowane są siły magnetyczne, które mają tendencję do ściskania przewodu.
Plazma oddziela się od ścianek rury wyładowczej, a na osi kordu w kruszeniu cząstek temperatura wzrasta do 2 milionów stopni.
Innym kierunkiem eksperymentów jest zastosowanie butelki magnetycznej, zaproponowane w 1952 roku przez radzieckiego fizyka G.I. Budkera, obecnie akademika. Butelka magnetyczna umieszczona jest w komorze korkowej – cylindrycznej komorze próżniowej wyposażonej w zewnętrzne uzwojenie, które jest skondensowane na końcach komory. Prąd przepływający przez uzwojenie wytwarza w komorze pole magnetyczne. Jego linie pola w środkowej części są położone równolegle do tworzących cylindra, a na końcach są ściśnięte i tworzą korki magnetyczne. Cząsteczki plazmy wstrzyknięte do butelki magnetycznej owijają się wokół linii pola i odbijają się od wtyczek. Dzięki temu osocze pozostaje przez pewien czas w butelce. Jeśli energia cząstek plazmy wprowadzonych do butelki jest wystarczająco duża, a jest ich dużo, wchodzą one w złożone interakcje siłowe, ich początkowo uporządkowany ruch zostaje zdezorientowany, zostaje zaburzony - temperatura jąder wodoru wzrasta do kilkudziesięciu milionów stopni.
Dodatkowe ogrzewanie uzyskuje się za pomocą elektromagnetycznego<ударами>przez plazmę, kompresję pola magnetycznego itp. Obecnie plazma ciężkich jąder wodoru jest podgrzewana do setek milionów stopni. To prawda, że można to zrobić albo przez krótki czas lub przy niskiej gęstości plazmy.
Aby zainicjować reakcję samopodtrzymującą, należy jeszcze bardziej zwiększyć temperaturę i gęstość plazmy. Jest to trudne do osiągnięcia. Jednak problem, jak są przekonani naukowcy, jest niewątpliwie możliwy do rozwiązania.
G.B. Anfiłow
Publikowanie zdjęć i cytowanie artykułów z naszego serwisu w innych zasobach jest dozwolone pod warunkiem podania linku do źródła i zdjęć.