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冰淇淋的最低氣溫取決于?

更新時間:2023-09-14 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

家里新買了一臺帶有氣溫顯示的冰柜??匆娎锩骘@示的冷凍室4℃、冷凍室-18℃,一時間滿心歡喜。并且當炎炎盛夏到來,想要快點喝冷水,卻發覺那-18℃降溫速率也總是這么慢。假如冰柜能做到更低濕度,那不能夠擁有更快降溫的飲料,和更勁爆的甜甜圈了?很遺憾,自然界中的氣溫有一個下限,也就是所說的絕對零度czp物理好資源網(原物理ok網)

室溫的本質是哪些?czp物理好資源網(原物理ok網)

在我們學習數學的時侯,課本里描述濕度是這樣的“溫度是表示物體冷熱程度的數學量,微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度?!?span style="display:none">czp物理好資源網(原物理ok網)

由此,我們可以看出,體溫并不單單是我們所能感遭到的“冷”和“熱”,而是微觀粒子的熱運動的劇烈程度,也就是粒子的“活躍度”。czp物理好資源網(原物理ok網)

在物質當中,粒子的運動會形成動能,而一群粒子的動能可以借助碰撞等形式傳遞給另一群粒子,最后的結果是不同粒子的動能重新分布,相當于熱量的傳遞,熱量的彰顯也就是我們所說的水溫。氣溫是我們拿來評判物質當中粒子所攜帶的平均動能的化學量。czp物理好資源網(原物理ok網)

在數學學中,我們將有質量的粒子通常稱為物質粒子,比如:質子、中子、電子,而這些無質量的粒子則稱為幅射粒子,比如:光子。能量越高的物質粒子,說明其攜帶的動能越高,也就是運動速率越快,在宇宙學中我們會簡單地稱為“熱粒子”,而這些動能低,運動速率慢的粒子稱為“冷粒子”。能量越高的幅射粒子(光子),則擁有更短的波長、更高的頻度。czp物理好資源網(原物理ok網)

我們以水為例,一杯冷水的熱量是來自于水份子的微觀運動物體分子熱運動的劇烈程度,當水慢慢冷卻的時侯,這么水上面每位水份子的平均運動速率會越來越慢,直至氣溫降到0k,也就是-273.15℃,分子就會停止熱運動。czp物理好資源網(原物理ok網)

“絕對零度”的定義是,物質中沒有任何原子或則分子運動的狀態物體分子熱運動的劇烈程度,也就是物體的內能為0。而絕對零度也會讓宇宙中的基本粒子的動能為0,喪失運動速率。這就違背了量子熱學中的不確定性原理,假若物體達到了絕對零度,組成物體的微觀粒子(比如原子)才會具備準確的動能,也就是0,同時它的所以位置也完全確定,兩者相減得到0,而不確定性原理要求這個乘積大概小于普朗克常數。所以宇宙中不可能存在靜止不動的粒子,也不可能存在不攜帶能量的光子。因而,絕對零度難以達到,最高溫只能無限接近于絕對零度。czp物理好資源網(原物理ok網)

為何是273.15℃而不是其它數字?czp物理好資源網(原物理ok網)

依據熱力學中的查理定理,在理想二氧化碳的容積保持一定的情況下,理想二氧化碳的浮力(P)和濕度(T,熱力學體溫)三者成反比,或則說它們的比值是一個常數(C),相應的表達式如下:czp物理好資源網(原物理ok網)

P/T=Cczp物理好資源網(原物理ok網)

在容積維持恒定的情況下,可以檢測出氣體的浮力和濕度之間的關系。再基于最小二加法,才能擬合出關于浮力和濕度關系的直線多項式:czp物理好資源網(原物理ok網)

接出來,將直線外推到橫座標上,不同二氧化碳最終就會交于一點,這樣就通過理想二氧化碳的方式,外推出絕對零度,得到絕對零度約為零下273.15攝氏度。czp物理好資源網(原物理ok網)

另一方面,依據熱力學中的蓋-呂薩克定理,在理想二氧化碳的浮力保持一定的情況下,理想二氧化碳的容積(V)和濕度(T)三者成反比,由此也能推導入絕對零度的大小。czp物理好資源網(原物理ok網)

物體分子熱運動的劇烈程度_內能與物體內部分子_溫度表示物體冷熱程度czp物理好資源網(原物理ok網)

宇宙最低溫真沒上限嗎?czp物理好資源網(原物理ok網)

我們都曉得太陽濕度十分高,太陽一秒鐘所釋放下來的能量足夠全人類使用25萬年,而太陽的表面水溫約為5700℃左右,這個氣溫超過了目前已知的熔點最高的金屬,這樣看來5700℃確實很高。并且宇宙最低溫而且1.42億億億億度,還被稱為普朗克體溫。czp物理好資源網(原物理ok網)

目前量子熱學給出的體溫上限就是普朗克氣溫——絕對熱度,只有宇宙大爆燃的那一刻才達到過這個氣溫。czp物理好資源網(原物理ok網)

為何我們平常不說極限低溫呢?czp物理好資源網(原物理ok網)

不說的緣由是由于極限低溫對我們人類來說,可望而不可即。不像絕對零度那樣,目標就在眼前,盡管在理論上難以達到,但我們還可以通過技術手段無限的接近。通過現代制熱手段,比如借助磁場分離冷原子二氧化碳,將其中氣溫更高的原子一個個蒸發掉只留下高溫原子(磁光圈套),可以將氣溫增加到只比絕對零度初一億分之一攝氏度的高溫。并且極限低溫對我們而言一直是遙不可及的。現今月球上最強悍的加速器是來自美洲的小型強子對撞機,能將質子加速到一萬億電子伏特(大概10TeV)的數目級,而來自高能所高海拔宇宙線觀測站()近來觀測到來自宇宙中的光子就具有100倍于人造高能粒子的能量(大概,或則1.5PeV)。動能越高也意味著氣溫越高,可見人類能制造出的低溫與自然界中存在的低溫,還存在不小差別。czp物理好資源網(原物理ok網)

另一方面,在創造更高能量的過程中都會存在一些限制。我們不妨設計一個思想實驗:如果有一團炙熱的二氧化碳,將其約束在一個很小的空間上面,不斷升溫。在升溫的過程中,組成二氧化碳的分子運動速率不斷推進。在室溫超過某一個數值后,分子解離成了原子,之后電子從原子上脫離,繼續升溫造成原子核分崩漏漿。假如繼續升溫,這一團微觀粒子的動能會不斷上升,會不會有一個上限呢?如果這種粒子的能量(質量)達到一個極限,使這團二氧化碳構成了黑洞,繼續升溫就沒有觀測意義了。這個氣溫比普朗克氣溫低好多,但依舊是我們所不可能達到的超低溫。czp物理好資源網(原物理ok網)

為此,我們一般不說宇宙極限低溫是多少,由于在我們人類看來,低溫確實是無限的,由于我們永遠沒法達到,但是宇宙中究竟有多少能量雖然我們并不是很清楚,一些數值只不過是我們人類計算下來的。所以討論極限低溫是沒有意義的。czp物理好資源網(原物理ok網)

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