当前位置首页 > 信息公告

冰淇淋的最低气温取决于?

更新时间:2023-09-14 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

家里新买了一台带有气温显示的冰柜。看见里面显示的冷冻室4℃、冷冻室-18℃,一时间满心欢喜。并且当炎炎盛夏到来,想要快点喝冷水,却发觉那-18℃降温速率也总是这么慢。假如冰柜能做到更低湿度,那不能够拥有更快降温的饮料,和更劲爆的甜甜圈了?很遗憾,自然界中的气温有一个下限,也就是所说的绝对零度EiT物理好资源网(原物理ok网)

室温的本质是哪些?EiT物理好资源网(原物理ok网)

在我们学习数学的时侯,课本里描述湿度是这样的“温度是表示物体冷热程度的数学量,微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。”EiT物理好资源网(原物理ok网)

由此,我们可以看出,体温并不单单是我们所能感遭到的“冷”和“热”,而是微观粒子的热运动的剧烈程度,也就是粒子的“活跃度”。EiT物理好资源网(原物理ok网)

在物质当中,粒子的运动会形成动能,而一群粒子的动能可以借助碰撞等形式传递给另一群粒子,最后的结果是不同粒子的动能重新分布,相当于热量的传递,热量的彰显也就是我们所说的水温。气温是我们拿来评判物质当中粒子所携带的平均动能的化学量。EiT物理好资源网(原物理ok网)

在数学学中,我们将有质量的粒子通常称为物质粒子,比如:质子、中子、电子,而这些无质量的粒子则称为幅射粒子,比如:光子。能量越高的物质粒子,说明其携带的动能越高,也就是运动速率越快,在宇宙学中我们会简单地称为“热粒子”,而这些动能低,运动速率慢的粒子称为“冷粒子”。能量越高的幅射粒子(光子),则拥有更短的波长、更高的频度。EiT物理好资源网(原物理ok网)

我们以水为例,一杯冷水的热量是来自于水份子的微观运动物体分子热运动的剧烈程度,当水慢慢冷却的时侯,这么水上面每位水份子的平均运动速率会越来越慢,直至气温降到0k,也就是-273.15℃,分子就会停止热运动。EiT物理好资源网(原物理ok网)

“绝对零度”的定义是,物质中没有任何原子或则分子运动的状态物体分子热运动的剧烈程度,也就是物体的内能为0。而绝对零度也会让宇宙中的基本粒子的动能为0,丧失运动速率。这就违背了量子热学中的不确定性原理,假若物体达到了绝对零度,组成物体的微观粒子(比如原子)才会具备准确的动能,也就是0,同时它的所以位置也完全确定,两者相减得到0,而不确定性原理要求这个乘积大概小于普朗克常数。所以宇宙中不可能存在静止不动的粒子,也不可能存在不携带能量的光子。因而,绝对零度难以达到,最高温只能无限接近于绝对零度。EiT物理好资源网(原物理ok网)

为何是273.15℃而不是其它数字?EiT物理好资源网(原物理ok网)

依据热力学中的查理定理,在理想二氧化碳的容积保持一定的情况下,理想二氧化碳的浮力(P)和湿度(T,热力学体温)三者成反比,或则说它们的比值是一个常数(C),相应的表达式如下:EiT物理好资源网(原物理ok网)

P/T=CEiT物理好资源网(原物理ok网)

在容积维持恒定的情况下,可以检测出气体的浮力和湿度之间的关系。再基于最小二加法,才能拟合出关于浮力和湿度关系的直线多项式:EiT物理好资源网(原物理ok网)

接出来,将直线外推到横座标上,不同二氧化碳最终就会交于一点,这样就通过理想二氧化碳的方式,外推出绝对零度,得到绝对零度约为零下273.15摄氏度。EiT物理好资源网(原物理ok网)

另一方面,依据热力学中的盖-吕萨克定理,在理想二氧化碳的浮力保持一定的情况下,理想二氧化碳的容积(V)和湿度(T)三者成反比,由此也能推导入绝对零度的大小。EiT物理好资源网(原物理ok网)

物体分子热运动的剧烈程度_内能与物体内部分子_温度表示物体冷热程度EiT物理好资源网(原物理ok网)

宇宙最低温真没上限吗?EiT物理好资源网(原物理ok网)

我们都晓得太阳湿度十分高,太阳一秒钟所释放下来的能量足够全人类使用25万年,而太阳的表面水温约为5700℃左右,这个气温超过了目前已知的熔点最高的金属,这样看来5700℃确实很高。并且宇宙最低温而且1.42亿亿亿亿度,还被称为普朗克体温。EiT物理好资源网(原物理ok网)

目前量子热学给出的体温上限就是普朗克气温——绝对热度,只有宇宙大爆燃的那一刻才达到过这个气温。EiT物理好资源网(原物理ok网)

为何我们平常不说极限低温呢?EiT物理好资源网(原物理ok网)

不说的缘由是由于极限低温对我们人类来说,可望而不可即。不像绝对零度那样,目标就在眼前,尽管在理论上难以达到,但我们还可以通过技术手段无限的接近。通过现代制热手段,比如借助磁场分离冷原子二氧化碳,将其中气温更高的原子一个个蒸发掉只留下高温原子(磁光圈套),可以将气温增加到只比绝对零度初一亿分之一摄氏度的高温。并且极限低温对我们而言一直是遥不可及的。现今月球上最强悍的加速器是来自美洲的小型强子对撞机,能将质子加速到一万亿电子伏特(大概10TeV)的数目级,而来自高能所高海拔宇宙线观测站()近来观测到来自宇宙中的光子就具有100倍于人造高能粒子的能量(大概,或则1.5PeV)。动能越高也意味着气温越高,可见人类能制造出的低温与自然界中存在的低温,还存在不小差别。EiT物理好资源网(原物理ok网)

另一方面,在创造更高能量的过程中都会存在一些限制。我们不妨设计一个思想实验:如果有一团炙热的二氧化碳,将其约束在一个很小的空间上面,不断升温。在升温的过程中,组成二氧化碳的分子运动速率不断推进。在室温超过某一个数值后,分子解离成了原子,之后电子从原子上脱离,继续升温造成原子核分崩漏浆。假如继续升温,这一团微观粒子的动能会不断上升,会不会有一个上限呢?如果这种粒子的能量(质量)达到一个极限,使这团二氧化碳构成了黑洞,继续升温就没有观测意义了。这个气温比普朗克气温低好多,但依旧是我们所不可能达到的超低温。EiT物理好资源网(原物理ok网)

为此,我们一般不说宇宙极限低温是多少,由于在我们人类看来,低温确实是无限的,由于我们永远没法达到,但是宇宙中究竟有多少能量虽然我们并不是很清楚,一些数值只不过是我们人类计算下来的。所以讨论极限低温是没有意义的。EiT物理好资源网(原物理ok网)

温情提示:陌陌公众号信息流改版,每位用户可以设置常读订阅号,这种订阅号将以大卡片的方式展示。为此,假若不想错过【中科院高能所】的文章,您可以进行以下操作:步入【中科院高能所】公众号→点击右上角的···菜单→选择「设为星标」EiT物理好资源网(原物理ok网)

发表评论

统计代码放这里