43
-
fszrtkvltzttni #43 Mi a hőmérséklet:
Alapvető tapasztalatunk, hogy az anyagokat különböző hőmérsékletűnek érezzük. Az is alapvető tapasztalat, hogy a különböző hőmérsékletű anyagok hőmérséklete idővel közeledik egymáshoz. Ez alapján definiáltuk már régen a hideg és a meleg fogalmát, illetve a hőt, ami áramlik közöttük, a meleg felől a hideg felé. Ebből már logikailag következik, hogy a a különböző anyagok hőmérséklete idővel spontán kiegyenlítődik. Erre alapozva vezették be a termodinamikai egyensúly és a mérhető hőmérséklet definícióját:
- Egy rendszer termodinamikai egyensúlyban van, ha benne hőáramlás nem tapasztalható.
- Egy rendszer hőmérséklete egyenlő, a vele termodinamikai egyensúlyban lévő hőmérő hőmérsékletével.
- A hőmérő egy olyan eszköz, amely valamilyen, a hőmérsékletével arányos jelet produkál.
Ami itt fontos, hogy a hőmérséklet termodinamikai egyensúlyra van definiálva. Ha egy rendszerben hő áramlik, akkor a rendszernek nincs hőmérséklete!
Egy hideg vízzel feltöltött kádba ha meleg vizet engedek, akkor annak a kádnak nem lesz hőmérséklete egészen addig amíg be nem áll a termodinamikai egyensúly. A kádban lévő víz egy részének lehet, de az egésznek nem.
(Megjegyzés: Mivel a termodinamikai egyensúly csak végtelen idő alatt áll be, ezért a gyakorlatban kevésbé vagyunk szigorúak, és a közel termodinamikai egyensúlyban lévő rendszerekre is értelmezünk hőmérsékletet. Éles határ viszont nincs! Ez a hőmérséklet elvi problémája.)
De hát infrahőmérő is van!
Miután Newton elkészítette az első spektrométert, majd elkezdték vizsgálni a tárgyak által kibocsátott elektromágneses sugárzás spektrumát, rájöttek, hogy annak egy része függ a test hőmérsékletétől. Azt is észrevették, hogy ha egy nagy üregen van egy pici rés, akkor az onnan kilépő sugárzás már csak a hőmérséklettől függ. Ezt elnevezték feketetest sugárzásnak (azért így, mert a pici lyuk mindennél feketébbnek látszott). Ezen alapszik az infra hőmérés. Ezzel viszont megint az a baj, hogy csak a fekete testre igaz. A többinél az ilyen mérés csak közelítő adatot ad. Ez nem a mérőberendezés problémája, hanem elvileg lehetetlenség hétköznapi tárgyak hőmérsékletét pontosan megmérni ilyen módon. Éppen ezért csak távmérésre szokták használni, ahol nincs szükség nagy pontosságra. (A pontosságáról annyit, hogy egy hétköznapi hőmérő általában pontosabb.)
Nagyon sok más hőmérőt is készítettek, gyakorlatilag minden hőmérséklet függő fizikai effektust kalibrálás után fel lehet használni hőmérséklet mérésére. Például: ilyen pl. a fémek ellenállása amivel néhány kelvinig le lehet menni, vagy a például az NMR jel kiszélesedése, ami majdnem egy milliomod kelvinig jó. Minden hőmérőre igaz, hogy a saját hőmérsékletét méri, amely termodinamikai egyensúlyban azonos a mért rendszer hőmérsékletével. Amennyire problematikás a hőmérséklet fogalma, annyira jól működik a gyakorlatban, ugyanis az összes mérőműszer a mérési hibahatárán belül ugyanazt a hőmérsékletet mutatja, feltéve, hogy elegendő időt várunk, hogy a termodinamikai egyensúlyt elegendően megközelítsük. A pontosságot pedig precíz műszerekkel gyakorlatilag tetszőlegesen növelhetjük. (Elvi határok műszertípusonként azért vannak.)
Ez a hőmérséklet (vagy inkább klasszikus hőmérséklet), aminél el kell fogadnunk, hogy nem minden esetben tudunk egy rendszerhez hőmérsékletet definiálni. Vannak akiknek ez a megkötés nem tetszik, és szeretnének valamifajta hőmérsékletet definiálni egyensúlytól messze eső állapotra is. Erre ad lehetőséget a statisztikus fizika. A statisztikus fizika képes leírni a termodinamikai egyensúly állapotát, és visszaadja a hagyományos hőmérséklet értékét. Viszont a statisztikus fizika nem korlátozódik az egyensúlyi állapotra, így ilyen megközelítéssel tetszőleges rendszerre lehet hőmérsékletet definiálni. Tudtommal egységes definíció nem egyensúlyi rendszerek hőmérsékletére nincs. Ami még fontos, hogy ez hagyományos módon nem mérhető. Meg lehet mérni különböző fizikai mennyiségeket, ezekből ki lehet számolni a rendszeren belül az energia eloszlását a különböző "szabadsági fokok" között (ezt nevezik populációnak), majd ebből számolni valamiféle hőmérsékletet. Az ilyen, statisztikus fizikával számolt hőmérsékletnek egy valamit kell tudnia: termodinamikai egyensúlyban a hagyományos hőmérsékletet kell visszaadnia. Más megkötés nincs. Éppen ezért nem csak negatív, hanem KOMPEX értékű hőmérsékletet is lehet definiálni! (Yang-Lee theory to the complex temperature plane) Na erre varjatok gombot!
Miért nem mérhetőek hagyományos hőmérővel ezek a hőmérsékletek?
Azért, mert a hőmérő mindig a saját hőmérsékletét fogja mutatni, ami csak termodinamikai egyensúlyban egyenlő a mérendő rendszer hőmérsékletével. Az infra hőmérő alkalmatlan pontos hőmérsékletmérésre. A kialakult populáció számolható más mérésből, majd a populációból számolható hőmérséklet.
Miért rossz a cím?
A hőmérséklet egy folytonos változó. A cikkben szereplő "átlépni" szó úgy is lehet értelmezni, hogy csökkentették a hőmérsékletet, elérték a 0°K-t, majd negatív tartományba mentek. Ez nem igaz. Le van írva világosan, hogy mit csináltak. Hagyományos hűtéssel levitték a hőmérsékletet egy 0°K-hez közeli értékre, de nem 0°K-re. A rendszer ekkor termodinamikai egyensúlyban volt. Ezután lézerekkel megszüntették a termodinamikai állapotot, és létrehoztak egy olyat, amilyenhez statisztikus fizikai alapon negatív hőmérséklet tartozik. Miért nem a 0°K átlépése ez? Azért, mert közben nem közeledett a hőmérséklet (még a statisztikus fizika alapján számolt se!) a 0°K-hez, így értelemszerűen át sem léphette azt. Ehelyett megkerülte. Ez egy pongyola megnevezés. Nem csak itt, hanem a Nature-ben is. Sajnos a Nature egy populáris lap, és a tudósok sokszor pongyolán fogalmaznak benne.
Na jó, de hol érdekes az az egész hőmérsékletdefiníciósdi, nem csak tudományos faszverés? A hagyományos hőmérséklet akkor jó, ha a rendszer közel van a termodinamikai egyensúlyhoz. Minél közelebb van, annál jobban közelíti az ezzel számolt adat a mértet, tehát a valóságot. A technikai fejlődéssel viszont oda jutottunk, hogy egyre több eszközünk egyre távolabb kerül a termodinamikai egyensúlytól, így egyre nagyobb lesz az a hiba amit akkor ejtünk amikor a termodinamikai egyensúlyban definiált hőmérsékletet alkalmazzuk az ilyen eszközök működésének leírására. Az első ilyen eszközünk a lézer volt. De ilyen eszköz lesz lassan az összes informatikai eszközünk is, hála a miniatürizálásnak. Minél nagyobb mennyiségű adatot préselünk bele minél kisebb rendszerbe, annál távolabb kerül az az termodinamikai egyensúlytól. És ilyen eszközök lesznek a reménybeli kvantumszámítógépek is. -
zord #42 Én előbb megmértem a hőmérsékletet. Nem gáz? -
Irasidus #41 Ebben semmi új nincs, ezt populációinverziónak hívják. Úgy látszik csak igen kevesen értik a hőmérséklet fogalmát. A cikk is próbálja elmagyarázni (elég botrányosan), hogy a hőmérséklet kicsit bonyolultabb mint a középiskolában tanult fogalom (és szó sincs "újradefiniálásról"). Lézerrel "mérik" a hőmérsékletet (nem úgy mint a hőmérővel), lásd részletesen itt:
Populációinverzió
Ja igen, a cikkben az új dolog, hogy képesek az atomok között fellépő kölcsönhatások mesterségesen létrehozni (és nem a negatív Kelvin). -
#40
Valami infrás cuccal miért ne lehetne mérni? -
stremix #39 Nekem is ez a gondom h akkor ezt hogyan is mérték, mert hőmérővel biztosan nem. Én is inkább számítási hibára tippelek, vagyis h most érték el az abszolút 0-t. -
fszrtkvltzttni #38 Valószínűleg valami hülyeséget. -
finizlik #37 ŐŐőő mit is mondtam olyan fél-1 éve amiért ki lettem röhögve? -
Vol Jin #36 "tulajdonképpen nemcsak -273nál állhat meg a részecskék mozgása hanem akár előbb is ha olyan az adott anyag így akár bármeddig le tudják tolni a hőmérsékletet amíg találnak olyan anyagot aminek a részecskéi nem állnak meg teljesen ezen a hőmérsékleten"
Nem érted a hőmérséklet fogalmát. Az az abszolút nulla, ahol leáll a mozgásuk. Nem úgy, ahogyan megáll egy vonat, hanem a részecskéik nem rezegnek. -
errorista #35 ez a hír már egyszer-kétszer mintha lett volna -
#34
Nyilván a 0 Kelvint elérni nem lehet, valamennyi (infinitézimálisan kicsi) energiája a részecskéknek mindig marad... viszont infinitézimális mértékben megközelíteni meg lehet a 0 K állapotot.
Itt pedig a sokrészecskés rendszer összenergiájának a rendszert alkotó részecskéken való egyenlőtlen, tehát nem statisztikus (de valamilyen mintázat szerinti) eloszlásáról van szó egyébként. Így lehet babrálni az összenergiával az entrópia értékétől függetlenül...
Legalábbis valami ilyesmit értettem ebből. -
Macropus Rufus #33 lehet rosszúl tudom, de a 0K soha senk nem érte el. Ez egy elméleti szám, ami valamilyen számolással jött ki. Tehát az, hogy most túllépték lehet annyit jelent, hogy az előzetesen meállapított 0K nem -273.15 hanem mondjuk -274fok a való életben. -
![505thZajcev[PT]](https://media.sg.hu/forum/avatars/10431179801079915435.gif "505thZajcev[PT]")
#32
Engem egy dolog van ami erdekel? Mivel fogjak ezt a homersekletet merni? :P -
csimmasz #31 Igen, máglyára az összes tudóssal!
Hisz a tudományoknak semmit sem köszönhetünk, és külömben is sosem hódiccsuk megazűrt!
Ráadásul azok a területek akik igen jól használják a statisztikai számítésokat mind csalók, hisz az egy hülyeség, nem működik, mert csak! -
#30
Azt ugye tutod, hogy a PC-dben is van olyan elem, amin statiszikus fizikai alapokon nyugszik...? -
caius marius #29 +1
-
TheCunami #28 tulajdonképpen nemcsak -273nál állhat meg a részecskék mozgása hanem akár előbb is ha olyan az adott anyag így akár bármeddig le tudják tolni a hőmérsékletet amíg találnak olyan anyagot aminek a részecskéi nem állnak meg teljesen ezen a hőmérsékleten -
fszrtkvltzttni #27 Gratulálok, már megint sikerült alulmúlnod magadat. Bár hiányolok a végére valami elbaszott statisztikát fikázó böfögést, de így is sikerült bebizonyítanod, hogy agyhalottként is lehet élni. -
#26
Tehát azt mondod, hogy ha egyeneletes elszolás lenne, akkor minden részecske az abszolút 0-án lenne. A kísérlet azt csinálta, hogy átrendezte az eloszlást, és több részecske volt a '0' szint alatt megfelelő állapotnak? Tehát arról van szó, hogy az eloszlás megváltozatásával minimális mértékben igazolható, hogy az aboszlút '0' statiszikai termodniamikával nézve picit alacsonyab?
Mert ez alapján tényleg nem igaz az, amit valaki felvezett, hogy a fizikakönyveket lehet bezúzni... -
#25
Lehet hogy "idétlen" kvantummechnaikai szemmel, csak éppen praktikus, mert lehet vele műszakulag dologzni... -
Vol Jin #24 Pedig most igaza van.
Ez pont olyan, mintha azt mondanám, hogy a hőtágulás segítségével lehűtök egy gázfelhőt. Mintha azt állítanám, hogy azért, mert egy fémrúd összemegy a hidegben, ha valamit összenyomunk, akkor hidegebb lesz. -
#23
Gyakorlatilag egy kvázi stabil állapotba hozzák az atomokat és úgy hűtik le. Bármit csinálnak, a bevitt/kivett energiánál több jön ki a rendszerből, amit épp úgy lehet mínusz végtelennek, vagy plusz végtelennek értelmezni, mert meghaladja a külsőleg bevitt/kivett energiát.
Gyakorlatilag játék a hőmérséklet mögött álló matematikával, mert a nullponti energia szintje alá nem megy a rendszer.
Azonban tényleg érdekes hatása lehet a kozmológiára, ahogy az a cikkben is volt. Ha a sötét anyag ilyen metastabil/kvázistabil de normál anyag, az elég érdekes lehet. Olyan mint a túlhűlt víz, egy pillanat alatt minimális energia hatására megindulhat a "kristályosodás", a normál anyag kicsapódása.
Ha pl van egy gravitációs lencse, de ez torzít, az egyik kép egy távoli objektumról más időt mutat, és a későbbi képen egyszercsak látunk megjelenni megmagyarázhatatlanul valami anyagot az pl bizonyíték lehet. -
#22
Itt egy újabb példa arra, hogy semmi sem lehetetlen, csak vagy "highly unlikely"..., vagy speciális körülmények szükségesek hozzá. :) (ez esetben utóbbi) -
idebudanemoda #21 kösz, csaba. a cikk követhetelen volt. -
gombabácsi #20 minden, amiben statisztikát használnak, féltudomány
csakhogy a mai tudomány olyan szinten el van szállva magától, hogy kb nulla esély van, hogy a tudósok megértsék ezt... -
#19
Attól függ ki mondja. Ha Egely mondja, akkor igen, ha egy nagyobb tekintély akkor nem!
-
fszrtkvltzttni #18 Nekem elsőre az Egey féle, definiáljuk újra az energiát úgy hogy az ne maradjon meg, metódus ugrott be. Ő kihasználta, hogy a hőmérséklet termodinamikai egyensúlyra van definiálva, és egy nem termodinamikai egyensúlyban lévő rendszert negatív hőmérsékletőnek nevezett el. De ez így elég parasztvakítás. Ezt úgy szét fogja szedni a tudományos közélet, mint foxi a labtörlőt. -
fszrtkvltzttni #17 Azért remélem feltűnt mindenkinek, hogy ez a faszi egyszerűen újradefiniálta a hőmérsékletet, és nem egyszerűen lement 0 fok alá. Kérdés, hogy van-e valami haszna, illetve ellentmondás mentesen használható-e.
Sokkal érdekesebb maga a kísérlet, amiben stabil populáció inverziót hoztak létre. A többi egyenlőre csak rizsa. -
lmisi #16 Ilyenről szó nincs, még egy vacak "antimikrohullámú" hűtőre sincs kilátás.
A komolyabb hozzászólásokból azt szűröm le, lehet hogy a hőmérséklet fizikai értelmezésével leírásával van baj és nincs is különösebb értelme az egésznek. -
blessyou #15 Ebből is látszik, hogy a hőmérséklet egy nagyon idétlen mennyiség. Fenomenologikusan az ember hőérzete alapján lett bevezetve (és a legtöbb ember így is értelmezi), de valójában a mögöttes fizikai folyamatok megismerésével kiderül, hogy a hőmérséklet klasszikus képzete csak egy viszonylag szűk értelmezése a valós fizikai folyamatoknak. Egy valós fizikai tartalommal bíró állapotjelzőből (jelen esetben az energia) valami elcseszett függvénnyel származtatunk egy mennyiséget, aztán csodálkozunk, hogy teljesen képtelen skálán mozog. Az energia növekedésével a nulláról indulva véges energiabefektetéssel elmegy a végtelenbe, aztán hirtelen átcsap a mínusz végtelenbe, és felmegy a nullára. Nem éppen egy könnyen kezelhető és értelmezhető mennyiség. -
#14
Zéró Bomba! Szarráfagyasztja a bolygót a magig! KELL! :D -
Zoltan21 #13 Rendben van kísérletezünk, de mire?
Milyen újítások, milyen anyagkísérletekre lesz jó ez? Mert gondolom erre használják majd. -
Csaba161 #12 Hogy érthetőbb legyen, arról van szó, hogy a statisztikus fizikán alapuló termodinamika feltételezi, hogy normális körülmények között egy sokrészecske-rendszer teljes energiája az egyes részecskéken a valószínűségszámítás alapján következő Boze-Einstein vagy Fermi-Dirac eloszlást követi. Az ebből számolt termodinamikai hőmérséklet pedig visszaadja a szokásos tapasztalati hőmérsékletet.
Azonban ha a fentebb említett természetes eloszlást sikerül valahogyan eldeformálni, vagy mint a lézerek esetében az ellenkezőjére változtatni, akkor az ilyen rendszerekben számolt termodinamikai hőmérséklet már nem lesz olyan szemléletes makroszkopikus mennyiség, mint a hagyományos hőmérséklet.
A statisztikus fizika előnye tehát az a hagyományos termodinamikával szemben, hogy extrém statisztikus eloszlások esetében, amelyek távol vannak a hagyományos termodinamika által tárgyalt makroszkópikus állapotoktól, még olyan esetekben is tárgyalhatók maradnak, még akkor is, ha a mindennapi tapasztalatoknak ellentmondani látszanak is...
-
kvp #11 ps: Jeget meggyujtani ugy lehet, hogy metant tartalmazo vizet fagyasztunk meg es amikor olvadasnal kiszabadul a metan, az meggyujthato, de mivel a lang tovabb olvasztja a jeget, ezert folyamatos az utanpotlas. A cikkhez persze semmi koze, mint ahogy a kepnek sem, de egy erdekes jelenseg. A metan hidratok egyebkent egy potencialis foldgaz forraskent ismertek.
http://en.wikipedia.org/wiki/Methane_clathrate -
Csaba161 #10 Először is ez nem új dolog, hiszen köztudott, hogy a lézerekben a belső állapot is negatív termodinamikai hőmérsékleten van az elektronok populáció inverziója miatt.
A termodinamikai hőmérséklet reciproka ugyanis az entrópia belső energia szerinti parciális deriváltja, amelynek előjele lehet negatív is, ha pl. az entrópia változással ellentétes irányban változik a belső energia, amely állapotot a lézer akkor éri el, amikor az elektronbetöltöttség megfordul, azaz kialakul a populáció inverzió.
Mivel a jellemző paraméter a termodinamikai hőmérséklet reciproka, ezért ez a negatív átmenet az 1/T=0 értéknél fordul át negatívba, amely itt valóban végtelen T-t jelent...
-
kvp #9 A cikkben egy dolgot nem emlitenek, hogy relativ homersekletekrol van szo. Tehat a kiserlet magat a 0 pontot tolja el, igy valojaban az osszes atom az abszolut nulla folott van, de az entropia valtozasuk olyan, mintha nemelyik alatta lenne, mig masok folotte. Ezt reszben a relativ mozgasi energia megszuntetesevel erik el, persze igy is marad abszolut mozgasi energiajuk, mivel pl. az egesz kiserlet mozog a Folddel egyutt, az atomok csak egymashoz kepest allnak es csak az atlaghoz viszonyitva magasabb es alacsonyabb a homersekletuk 0-nal. -
Blas109 #8 Nekem kicsit furcsa amikor a legmagasabb pozitív hőmérsékletet említi, mert egy részecske energiáját a végtelenségig lehetne növelni nem? És a legmagasabb hőmérséklet akkor lenne ha az összes részecske energiája kvázi végtelen. Vagy rosszul gondolom? -
#7
Mi az a második kép? Annyira lehűlt hogy már lángra kapott? Lehetséges volna egy olyan állapot amikor annyira hideg hogy, hideg lánggal ég( avagy a környezet videlkedik úgy mintha égne?)? :D bolond vagyok. -
BrockSamson #6 Azert a tankonyvekhez nem nagyon kell nyulni, leven evtizedes fizikakonyvekben is emlitik mar a negativ homersekletet. A termodinamika harmadik torvenye ettol fuggetlenul nem veszti ervenyet. -
#5
te egy ilyen: mindenhova beugató-gyökérzet lehecc -
bull sith #4 Yeeah! Tankönyveket bezúzni, a fizika tanárom meg jön egy sörrel. 4 éve erre várok. :P