热力学的最低温度

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1、热力学的最低温度绝对零度绝对零度，理论上所能达到的最低温度，在此温度下物体没有内能。把-273.15℃定作热力学温标（绝对温标）的零度，叫做绝对零度（absolutezero）。热力学温标的单位是开尔文（K）。　　绝对零度(absolutezero)是热力学的最低温度，但此为仅存于理论的下限值。其热力学温标写成K，等于摄氏温标零下273.15度（-273.15℃）。　　绝对零度，是可能达到的最低温度。在绝对零度下，原子和分子拥有量子理论允许的最小能量。绝对零度就是开尔文温度标（简称开氏温度标，记为K）定

2、义的零点；0K等于—273.15℃，而开氏温度标的一个单位与摄氏度的大小是一样的。　　物质的温度取决于其内原子、分子等粒子的动能。根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布，粒子动能越高，物质温度就越高。理论上，若粒子动能低到量子力学的最低点时，物质即达到绝对零度，不能再低。然而，绝对零度永远无法达到，只可无限逼近。因为任何空间必然存有能量和热量，也不断进行相互转换而不消失。所以绝对零度是不存在的，除非该空间自始即无任何能量热量。在此一空间，所有物质完全没有粒子振动，其总体积并且为零。　　有关物质接近绝对零度时的行为，

3、可初步观察热德布洛伊波长（ThermaldeBrogliewavelength）　　其中h为普朗克常数、m为粒子的质量、k为玻尔兹曼常量、T为绝对温度。可见热德布洛伊波长与绝对温度的平方根成反比，因此当温度很低的时候，粒子物质波的波长很长，粒子与粒子之间的物质波有很大的重叠，因此量子力学的效应就会变得很明显。著名的现象之一就是玻色-爱因斯坦凝聚，玻色-爱因斯坦凝聚在1995年首次被实验证实，当时温度降至只有170×10开尔文。　　①在中学阶段，对于热力学温标和摄氏温标间的换算，是取近似值T(K)=t(℃

4、)+273。  绝对零度的温度图线实际上，如以水的冰点为标准，绝对零度应比它低273.15℃所以精确的换算关系应该是T(K)=t(℃)+273.15。　　②绝对零度是根据理想气体所遵循的规律，用外推的方法得到的。用这样的方法，当温度降低到-273.15℃时，气体的体积将减小到零。如果从分子运动论的观点出发，理想气体分子的平均平动动能由温度T确定，那么也可以把绝对零度说成是“理想气体分子停止运动时的温度”。以上两种说法都只是一种理想的推理。事实上一切实际气体在温度接近-273.15℃时，将表现出明显的量子

5、特性，这时气体早已变成液态或固态。总之，气体分子的运动已不再遵循经典物理的热力学统计规律。通过大量实验以及经过量子力学修正后的理论导出，在接近绝对零度的地方，分子的动能趋于一个固定值，这个极值被叫做零点能量。这说明绝对零度时，分子的能量并不为零，而是具有一个很小的数值。原因是，全部粒子都处于能量可能有的最低的状态，也就是全部粒子都处于基态。　　③由于水的三相点温度是0.01℃，因此绝对零度比水的三相点温度低273．16℃。　　绝对零度表示那样一种温度，在此温度下，构成物质的所有分子和原子均停止运动。所谓

6、运动，系指所有空间、机械、分子以及振动等运动．还包括某些形式的电子运动，然而它并不包括量子力学概念中的“零点运动”。除非瓦解运动粒子的集聚系统，否则就不能停止这种运动。从这一定义的性质来看，绝对零度是不可能在任何实验中达到的，但目前科学家已经在实验室中达到距离绝对零度仅五十亿分之一摄氏度的低温。所有这些在物质内部发生的分子和原子运动统称为“热运动”，这些运动是肉眼看不见的，但是我们会看到，它们决定了物质的大部分与温度有关的性质。正如一条直线仅由两点连成的一样，一种温标是由两个固定的且可重复的温度来定义的

7、。最初，在一标准大气压(760毫米水银柱，或760托)时，摄氏温标是定冰之熔点为0℃和水之沸点为100℃，绝对温标是定绝对零度为0K和冰之熔点为273K，这样，就等于有三个固定点而导致温度的不一致，因为科学家希望这两种温标的度数大小相等，所以，每当进行关于这三点的相互关系的准确实验时，总是将其中一点的数值改变达百分之一度。现在，除了绝对零度外，仅有一固定点获得国际承认，那就是水的“三相点”。1948年确定为273.16K，即绝对零度以上273．16度。当蒸气压等于一大气压时，水的正常冰点略低，为273．

8、15K(=0℃=32°F)，水的正常沸点为373.15K(=100℃=212°F)。这些以摄氏温标表示的固定点和其他一些次要的测温参考点(即所谓的国际实用温标)的实际值，以及在实验室中为准确地获得这些值的度量方法，均由国际权度委员会定期公布。　　科学家在对绝对零度的研究中，发现了一些奇妙的现象。如氦本是气体（氦是自然界中最难液化的物质），在-268.9℃时变成液体，当温度持续降低时，原本装在瓶子里的液体，却轻而易举地从只有0.01毫米的缝隙