绝对零度的介绍

《绝对零度的介绍》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、绝对零度绝对零度（absolutezero）是热力学的最低温度，但只是理论上的下限值。热力学温标的单位是开尔文（K），绝对零度就是开尔文温度标（简称开氏温度标，记为K）定义的零点。0K约等于摄氏温标零下273.15摄氏度，也就是0开氏度，物体在此温度下没有热能。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，粒子动能越大，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，绝对零度是不可能达到的最低温度，自然界的温度只能无限逼近。如果到达，那么一切事物都将达到运动的最低形式。因为任何空间必然存有能量

2、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。在绝对零度下，原子和分子拥有量子理论允许的最小能量。详细内容有关物质接近绝对零度时的行为，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

3、实，当时温度仅有170*10^（-9）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（℃）+273。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（即理想气体状态方程，pV=mRT/M=mrT,r=R/M），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

4、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0.0076℃，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

5、分子和原子均停止运动。所谓运动，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。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

6、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。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273．15K（=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

7、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毫米的缝隙中，很容易地溢到瓶外去了，继而出现了喷泉现象，液体的粘滞性也消失了。物体的温度实际上就是原子在物体内部的运动。当我们感到一个物体比较热的时候，就意味着它的原子在快速运动：当我们感到一个物体比较冷的时候，则意味着其内部的原子运动速度较慢。我们的身体是通过热或冷来感觉这种运动的，而物理学家则是绝对温标或称开尔文温标来测量温度的。按照这种温标测量温度，绝对温度零度（0K）相当于摄氏

8、零下273