绝对零度浅论

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1、绝对零度浅论摘要:简要介绍了绝对零度的由来、低温的历史以及绝对零度的测量方法,最后推导得到了绝对零度不能达到。关键词:绝对零度、温度、能斯特定理正文：1.绝对零度的由來绝对零度,理论上所能达到的最低温度，在此温度下物休没有内能。把-273.15°C定作热力学温标（绝对温标）的零度，叫做绝对零度（absolutezero）o热力学温标的单位是开尔文（K）。绝对零度的概念早在17世纪末阿蒙顿（G.Amontons）的著作中就已有萌芽叭他观测到空气的温度每下降一等量份额，气压也下降等量份额。继续降低温度，总不会得到气压为零的时候，所以温度降低必有一限度。他认为任何物体都不能

2、冷却到这一温度以下。阿蒙顿述预言，达到这个温度时，所有运动都将趋于静止。目前，我们通常把200〜81k称为普冷区；80〜0.3k称为低温区或深冷区；而把0.3k以下的温区称为极冷区。那么，低温有没有尽头呢？1785年，法国物理学家查理发现：一定量的气体，在体积一定的情况下，温度每降低一度，压强就会降低它在零度的l/273o17年以后，盖•吕萨克乂发现：一定量的气体，在压强一定的情况下，温度每降低一度，气体体积就会缩小它在零度的1/273。照此推算，当温度降低至一273°C时，所有气体的体积和压强都变为零。又过了半世纪，英国物理学家汤姆生明确指出：温度每降低一-度，降低

3、1/273的是物质分子的平均内能，即在一273°C时物质分了的平均内能要变为零，这显然是不可能的。结论很清楚，-273°C是物质的最低温度，物质世界里再没有比它更低的温度了。这就是绝对温度的由来，也是科学上常用的热力学温标（K）的起点。1848年，英国科学家威廉•汤姆逊•开尔文勋爵建立了一种新的温度标度,称为绝对温标，它的量度单位称为开尔文（K）。这种标度的分度距离同摄氏温标的分度距离相同。它的零度即可能的最低温度，相当于零下273摄氏度（精确数为-273.15°C）,称为绝对零度。因此，要算出绝对温度只需在摄氏温度上再加273即可。物体的温度实际上就是原子在物体内部

4、的运动。当我们感到-•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來测量温度的。2.绝对零度的测量传统测量绝对零度的方法是采用外推法估算理想气体可以达到的最低温度(绝对零度)的摄氏温。图1测量绝对零度实验装置代伟等⑵曾报道新型PT14扩散硅压力传感器和AD590电流型集成温度传感器灵敏度高，用它们配合贮气球体测量绝对零度，测量准确性和重复性好。将它们用于改进的绝对零度测量装置，实验时能明显地观察热力学现象，实验结果精确。以空

5、气为介质，用改进后的实验装置测得的绝对零度值为-272.00°C,与标准值相比，百分差为0.42%,这在热学与热力学的实验中测量准确度是较高的。测得平均值为-274.12°C,而理论值为-273.15°C,绝对误差小于0.5%。这是由数据采集器+传感器+多媒体计算机构成的一种新型掌上实验系统。利用手持技术对绝对零度的测量，其操作简便，现象明显，绝对误茅小于0.5%。3•绝对零度不能达到的原因按照热力学温标测量温度，绝对温度零度相当于摄氏零下273.15度(-273.15°C),是自然界中可能的最低温度。在绝对零度下，原子的运动完全停止了，那么就意味着我们能够精确地测量

6、岀粒子的速度(0)。然而1890年德国物理学家马克斯•普朗克引入的了普朗克常数表明一个事实：粒了的速度的不确定性、位置的不确定性与质量的乘积一定不能小于普朗克常数，这是我们生活着的宇宙所具有的一个基本物理定律(海森堡不确定关系)。那么当粒子处于绝对零度Z下，运动速度为零时，与这个定律相悖，因而我们可以在理论上得出结论，绝对零度是不可以达到的。1906年能斯特（Nernst）在研究各种化学反应在低温下的性质吋引出一个结论，称为能斯特定理。Nernst定理指岀⑶，在接近绝对零度时，任何过程屮的爛值不变，它既是等爛过程，又是绝热过程，没有热量的交换（如果有热量的交换AS就不

7、等于零）。因此，任何凝聚态物质在接近绝对零度时，无论进行什么热力学过程，都不能通过释放热量而降低温度。而凝聚态物质也不能靠绝热膨胀对环境做功而降低温度。所以，系统的温度不可能继续降低，因而达不到绝对零度。从Nemst定理推出“绝对零度不可达到原理”，还可以采取如下的证明⑷。首先考虑降温的手段，即考查经历何种过程降温最有效。显然，放热降温当然有效，但又必须有更低温度的热源，这是不实际的。因此，只有绝热降温是叮取的方式。这又有两种选择：可逆或不可逆。我们来分析这两种方式。假定以（T,y）为独立参数，y可能是实验可控的体积、压强等。对于可逆过程，随着温度的