Absoluter Nullpunkt

Der absolute Nullpunkt ist die Temperatur, bei der sich die Teilchen der Materie (Moleküle und Atome) an ihren niedrigsten Energiepunkten befinden. Einige Leute glauben, dass die Teilchen beim absoluten Nullpunkt jegliche Energie verlieren und sich nicht mehr bewegen. Dies ist nicht korrekt. In der Quantenphysik gibt es etwas, das als Nullpunktenergie bezeichnet wird, was bedeutet, dass selbst nachdem den Teilchen die gesamte Energie entzogen wurde, die Teilchen immer noch etwas Energie haben. Dies ist auf die Heisenbergsche Unschärferelation zurückzuführen, die besagt, dass je mehr über die Position eines Teilchens bekannt ist, desto weniger über seinen Impuls bekannt sein kann und umgekehrt. Deshalb kann ein Teilchen nicht vollständig gestoppt werden, weil dann seine genaue Position und sein Impuls bekannt wären.

Einige Menschen haben Temperaturen sehr nahe am absoluten Nullpunkt erzeugt: Die Rekordtemperatur lag 100 pK (einhundert Picokelvin, entspricht ^10-10 Kelvin) über dem absoluten Nullpunkt. Selbst nahe an den absoluten Nullpunkt heranzukommen ist schwierig, weil alles, was ein nahe am absoluten Nullpunkt gekühltes Objekt berührt, den Objekten Wärme zuführen würde. Wissenschaftler verwenden Laser, um Atome beim Abkühlen von Objekten auf sehr niedrige Temperaturen abzubremsen.

Die Kelvin- und Rankine-Temperaturskalen sind so definiert, dass der absolute Nullpunkt 0 Kelvin (K) oder 0 Grad Rankine (°R) beträgt. Die Celsius- und Fahrenheit-Skalen sind so definiert, dass der absolute Nullpunkt -273,15 °C oder -459,67 °F beträgt.

In diesem Stadium ist der Druck der Partikel gleich Null. Wenn wir ein Diagramm dazu zeichnen, können wir sehen, dass die Temperatur der Teilchen gleich Null ist. Die Temperatur kann nicht weiter sinken. Die Teilchen können sich auch nicht "rückwärts" bewegen, denn da die Bewegung der Teilchen eine Schwingung ist, wäre eine umgekehrte Schwingung nichts anderes, als einfach wieder zu schwingen. Je näher die Temperatur eines Objekts dem absoluten Nullpunkt kommt, desto weniger widerstandsfähig ist das Material gegenüber Elektrizität, so dass es Elektrizität fast perfekt leitet, ohne messbaren Widerstand.

Der dritteHauptsatz der Thermodynamik besagt, dass nichts jemals eine Temperatur von absolut Null haben kann.

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass alle Motoren, die mit Wärme betrieben werden (wie Auto- und Dampflokomotiven), Abwärme abgeben müssen und nicht 100% effizient sein können. Das liegt daran, dass der Wirkungsgrad (Prozentsatz der Energie, die der Motor verbraucht und die tatsächlich für die Arbeit des Motors verwendet wird) 100 %×(1-Außen-/Innenseite) beträgt, was nur dann 100 % ist, wenn die Außentemperatur absolut Null ist, was nicht der Fall sein kann. Ein Motor kann also nicht zu 100% effizient sein, aber Sie können seinen Wirkungsgrad näher an 100% heranbringen, indem Sie die Innentemperatur heißer und/oder die Außentemperatur kälter machen.

Null Kelvin (-273,15 °C) ist als absoluter Nullpunkt definiert.

Fragen und Antworten

F: Was ist der absolute Nullpunkt?

A: Der absolute Nullpunkt ist die Temperatur, bei der sich die Teilchen der Materie (Moleküle und Atome) auf ihrem niedrigsten Energiepunkt befinden.

F: Bedeutet der absolute Nullpunkt, dass die Teilchen alle Energie verlieren und sich nicht mehr bewegen?

A: Nein, in der Quantenphysik gibt es etwas, das als Nullpunktenergie bezeichnet wird. Das bedeutet, dass die Teilchen aufgrund der Heisenberg'schen Unschärferelation auch dann noch eine gewisse Energie besitzen, wenn ihnen die gesamte Energie entzogen worden ist.

F: Wie hoch ist die Rekordtemperatur, die in der Nähe des absoluten Nullpunkts erreicht wurde?

A: Die Rekordtemperatur lag 100 pK (hundert Picokelvin, entspricht 10-10 Kelvin) über dem absoluten Nullpunkt.

F: Wie kühlen Wissenschaftler Objekte auf sehr niedrige Temperaturen?

A: Wissenschaftler verwenden Laser, um Atome beim Abkühlen von Objekten auf sehr niedrige Temperaturen zu verlangsamen.

F: Wie sind die Celsius- und Fahrenheit-Skalen relativ zum absoluten Nullpunkt definiert?

A: Die Celsius- und Fahrenheit-Skalen sind so definiert, dass der absolute Nullpunkt bei -273,15°C oder -459,67°F liegt.

F: Was besagt der Dritte Hauptsatz der Thermodynamik über den absoluten Nullpunkt?

A: Der dritte Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass nichts jemals eine Temperatur von absolut Null haben kann.

F: Wie kann der Wirkungsgrad eines Motors auf 100% erhöht werden?

A: Der Wirkungsgrad eines Motors kann gemäß dem Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik auf 100% erhöht werden, indem die Innentemperatur heißer und/oder die Außentemperatur kälter wird.