Absoluut nulpunt

Absoluut nul is de temperatuur waarbij de materiedeeltjes (moleculen en atomen) zich op hun laagste energiepunt bevinden. Sommige mensen denken dat bij het absolute nulpunt deeltjes alle energie verliezen en stoppen met bewegen. Dit is niet juist. In de kwantumfysica is er iets wat nulpuntenergie wordt genoemd, wat betekent dat zelfs nadat alle energie van de deeltjes is verwijderd, de deeltjes nog steeds wat energie hebben. Dit komt door het onzekerheidsprincipe van Heisenberg, dat stelt dat hoe meer bekend is over de positie van een deeltje, hoe minder bekend kan zijn over het momentum, en vice versa. Daarom kan een deeltje niet volledig worden gestopt, omdat dan de exacte positie en het momentum van het deeltje bekend zou zijn.

Sommige mensen hebben temperaturen gecreëerd die zeer dicht bij het absolute nulpunt liggen: de recordtemperatuur was 100 pK (honderd picokelvin, gelijk aan 10-10 kelvin) boven het absolute nulpunt. Zelfs in de buurt van het absolute nulpunt komen is moeilijk omdat alles wat een voorwerp raakt dat in de buurt van het absolute nulpunt wordt afgekoeld, warmte zou geven aan de voorwerpen. Wetenschappers gebruiken lasers om atomen te vertragen bij het afkoelen van objecten tot zeer lage temperaturen.

De kelvin en Rankine temperatuurschalen zijn zo gedefinieerd dat het absolute nulpunt 0 kelvin (K) of 0 graden Rankine (°R) is. De Celsius- en Fahrenheitschalen zijn zo gedefinieerd dat het absolute nulpunt -273,15 °C of -459,67 °F is.

In dit stadium is de druk van de deeltjes nul. Als we er een grafiek op plotten, kunnen we zien dat de temperatuur van de deeltjes nul is. De temperatuur kan niet verder dalen. Ook kunnen de deeltjes niet "in omgekeerde richting" bewegen, omdat de beweging van de deeltjes een trilling is, en omgekeerd trillen zou niets anders zijn dan gewoon weer trillen. Hoe dichter de temperatuur van een voorwerp bij het absolute nulpunt komt, hoe minder weerstand het materiaal heeft tegen elektriciteit, waardoor het bijna perfect elektriciteit zal geleiden, zonder meetbare weerstand.

De derdewet van de thermodynamica zegt dat niets ooit een temperatuur van het absolute nulpunt kan hebben.

De tweede wet van de thermodynamica zegt dat alle motoren die door warmte worden aangedreven (zoals automotoren en stoomtreinmotoren) afvalwarmte moeten afgeven en niet 100% efficiënt kunnen zijn. Dit komt omdat het rendement (het percentage energie dat de motor verbruikt en dat daadwerkelijk wordt gebruikt om het werk van de motor te doen) 100%×(1-Toutside/Tinside) is, wat alleen 100% is als de buitentemperatuur absoluut nul is, wat niet mogelijk is. Een motor kan dus niet 100% efficiënt zijn, maar je kunt het rendement wel dichter bij 100% brengen door de binnentemperatuur warmer en/of de buitentemperatuur kouder te maken.

Vragen en antwoorden

V: Wat is het absolute nulpunt?

V: Betekent het absolute nulpunt dat de deeltjes alle energie verliezen en niet meer bewegen?

V: Wat is de recordtemperatuur die in de buurt van het absolute nulpunt is bereikt?

V: Hoe koelen wetenschappers voorwerpen tot zeer lage temperaturen?

V: Hoe worden de schalen van Celsius en Fahrenheit gedefinieerd ten opzichte van het absolute nulpunt?

V: Wat zegt de derde wet van de thermodynamica over het absolute nulpunt?

V: Hoe kan het rendement van een motor dichter bij 100% worden gebracht?

Zoek op letter