סולם קלווין

[bambipoop]

סולם קלווין

חשבתי על שאלה. האם יכולה להיות טמפרטורה שלילית בסולם קלווין? אם כן מה זה אומר? מישהו יכול להסביר לי במדויק מה זה אומר טמפרטורת 0 מוחלט ומה זה אומר על החומר כולו?

 

[deathcaster]

תגובה

סולם קלווין בכוונה נקבע על נקודת האפס השרירותית שהאדם או שאינו יכול לקרר מעבר אליה, או שאינו יודע להגדיר מהו דבר קר יותר מאשר הקור באפס המוחלט. וכנקודת שרירותית כזו.... גם מוחלט אינו ממש מוחלט, המילה "מוחלט" היא מלשון החלטה = "כלומר כך האדם החליט (במקרה הזה לורד קלווין על שמו הסולם.. עוד בשנת 1848)" בדיוק כמו שהאדם החליט כמה משקל שוקל ק"ג, כמה האורך של מטר וכמה זמן זה שנייה.. יחידות המידה הבסיסיות הן שרירותיות, האדם החליט עליהן. ע"פ תורת הקוונטים, מושג האפס המוחלט אינו קיים... האדם הצליח להגיע למידת קור במעבדה שקרובה עד כדי פחות מחצי מיליארדית המעלה מעל האפס המוחלט. המשמעות של אפס מוחלט היא שכל החלקיקים באותו חומר חסרי תנועה לחלוטין. "האם יכולה להיות טמפרטורה שלילית בסולם קלווין? אם כן מה זה אומר?" - אלו 2 שאלות מעניינות מאוד, גם בטמפרטורות קרובות מאוד לאפס המוחלט הצליחו להשיג מוליכות כלומר תזוזה של חלקיקים.. אז זה מחזיר אותי לטענה שהאפס המוחלט שהאדם הגדיר, אולי אינו האפס המוחלט האמיתי, בהנחה ויש דבר כזה.

 

[johngalt2]

אמממ...

אני מצטער, אבל הרבה דברים שכתבת כאן לא נכונים או לא מדוייקים. אתה מוזמן לקרוא פה: http://en.wikipedia.org/wiki/Negative_temperature http://en.wikipedia.org/wiki/Absolute_zero http://en.wikipedia.org/wiki/Third_law_of_thermodynamics http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1952/press.html

 

[deathcaster]

תגובה

אני לא אוהב שרושמים שכתבית משהו לא נכון או לא מדויק ושולחים אותי לחטט בקישורים... אני אשמח את תגדיר לי בעצמך מה לא מדויק או לא נכון בדברים שכתבתי. עד לנקודה שציינתי שהדברים מבחינת תורת הקוואנטים לא נכונים - שבעצם זה מה שטענת בהודעתך האחרת, כתבתי דברים כללים של רמה של פיזיקה של חיי היום יום.. אני אשמח לתגובה פחות מסתורית ממך

 

[johngalt2]

תגובה לתגובה

לא כתבתי יותר מדי כי אני חושב שבמאמרים בוויקיפדיה זה כתוב בצורה יותר ברורה משאני יכול להסביר ככה על רגל אחת בפורום. במערכות מאקרוסקופיות שבהן אפקטים קוואנטיים הם זניחים, מגדירים טמפרטורה ע"י אנרגיה קינטית פנימית של הגוף, ובמקרה זה באמת אין משמעות לטמפרטורה שלילית, ואפשר לומר נאיבית (ז"א, קלאסית) שהאפס המוחלט הוא הטמפרטורה שבו אין שום תנועה פנימית של אף חלקיק בגוף. אנחנו יכולים להשתמש בקריטריון הזה כדי לקבוע אפס מוחלט לטמפרטורה. אבל ההגדרה היותר כללית ותיאורטית של טמפרטורה היא S/∂U= (kT)^-1∂, הנגזרת של האנטרופיה לפי האנרגיה, ולכן א-פריורי אין שום סיבה שלא יהיו טמפרטורות שליליות. כמו כן ניתן לראות שבהגדרה הזו ישנה אפשרות לקבל טמפ' ששואפת לאפס, כאשר הנגזרת שואפת לאינסוף (ואי אפשר לקבל אפס ממש). בפועל מה שקורה בכל מערכת שבה רמות האנרגיה לא חסומות זה שכאשר מגדילים את האנרגיה גם האנטרופיה גדלה, ולכן הטמפ' תהיה חיובית. גם לפי תרמודינמיקה "קלאסית" יש סיבה למה אי אפשר להגיע לטמפ' של אפס ממש (Nernst theorem), ואתה יכול לקרוא עליה במאמר של וויקיפדיה. שני ספרים שאני ממליץ עליהם שעוסקים בנושא הם זה הספרים של F. Reif ושל Herbert Callen.

 

[johngalt2]

והמשך

לגבי הדברים שלא מדוייקים: "סולם קלווין בכוונה נקבע על נקודת האפס השרירותית שהאדם או שאינו יכול לקרר מעבר אליה, או שאינו יודע להגדיר מהו דבר קר יותר מאשר הקור באפס המוחלט." - טוב, אני חושב שאת זה הסברתי. "וכנקודת שרירותית כזו.... גם מוחלט אינו ממש מוחלט, המילה "מוחלט" היא מלשון החלטה = "כלומר כך האדם החליט (במקרה הזה לורד קלווין על שמו הסולם.. עוד בשנת 1848)" בדיוק כמו שהאדם החליט כמה משקל שוקל ק"ג, כמה האורך של מטר וכמה זמן זה שנייה.. " - זה נכון שאפשר למדוד טמפרטורה בכל סקאלה, ואיפה ששמים את האפס בסקאלה הזו זה דבר שרירותי, אבל האפס המוחלט זה מושג פיזיקאלי ממש ולא נובע מקביעות שרירותיות. זה גם לא נכון לומר שזה המקור של המילה "מוחלט" בשם, ושים לב שבאנגלית זה Absolute temperature. "ע"פ תורת הקוונטים, מושג האפס המוחלט אינו קיים... " - זה לא נכון, יש מושג מוגדר היטב של Zero point energy: http://en.wikipedia.org/wiki/Zero-point_energy ובו משתמשים בהגדרות של החוק השלישי של התרמו'. "המשמעות של אפס מוחלט היא שכל החלקיקים באותו חומר חסרי תנועה לחלוטין." - כאמור, זה (קלאסית) נכון אם לוקחים בחשבון רק את האנרגיה הקינטית של החלקיקים, וקוואנטית זה לא נכון בכלל. ""האם יכולה להיות טמפרטורה שלילית בסולם קלווין? אם כן מה זה אומר?" - אלו 2 שאלות מעניינות מאוד, גם בטמפרטורות קרובות מאוד לאפס המוחלט הצליחו להשיג מוליכות כלומר תזוזה של חלקיקים.. אז זה מחזיר אותי לטענה שהאפס המוחלט שהאדם הגדיר, אולי אינו האפס המוחלט האמיתי, בהנחה ויש דבר כזה." - אתה כנראה מתכוון לעל מוליכות, וכאן הבעיה הרבה יותר מורכבת, אבל ההיסק הלוגי שלך לא נכון.

 

[deathcaster]

תגובה

אז אם קוראים נכון את הודעתי, עד לרגע שאני מציין את תורת הקוואנטים, ואני מתייחס רק לפיזיקה קלאסית, אין לי טעות, וזה מה שטענתי מלכתחילה. אבל תודה על ההסברים, אני אקח אותם לתשומת ליבי.

 

[johngalt2]

זו שאלה מצויינת

התשובה היא שיכולה להיות טמפרטורה שלילית, אבל רק במערכות קוואנטיות מסויימות, ובתנאים מאוד מסויימים. למעשה שני פיזיקאים בשם בלוך ופרסל (שניהם מעולים, ואחד מהם גם כתב ספר שלמדתי ממנו פיזיקה 2) קיבלו פרס נובל ב- 52' על גילוי תכונות של גרעינים שמאפשרות להגיע אליה. מה שחשוב מאוד להבין זה שטמפרטורה, לא מוגדרת בפיזיקה ע"י הפירוש היומיומי שאנחנו מכירים עבורה, אלא בצורה מתמטית לחלוטין, ובמקרים מאוד ספציפיים היא גודל שיוצא שלילי. מה שעוד חשוב להבין זה שטמפרטורה היא לא שלילית במובן שאם גוף מסויים נמצא בה, כל גוף שיבוא איתו במגע יזרים אליו חום, אלא בדיוק להיפך: מה שקורה זה שלמעשה בפועל הטמפרטורה הזו יותר גבוהה מכל טמפרטורה חיובית. אבל בכל מערכת "גדולה" יחסית (ז"א, מערכת שבה יש יותר מכמה אטומים בודדים) זה לא ממש אפשרי, ובמקרה הזה הטמפרטורה תמיד חיובית. מעבר לכך, המעבר לטמפרטורה שלילית לא עובר דרך האפס המוחלט, ולמעשה לא ניתן לקרר שום דבר לאפס המוחלט ממש (אבל כבר מאוד מתקרבים לשם היום). טמפרטורת אפס מוחלט היא טמפרטורה שבה, בצורה הפשטנית ביותר, החומר נמצא באנרגיה הכי נמוכה שהוא יכול להיות בה, ואין לו אפשרות לעלות למצבים של אנרגיה גבוהה יותר (זה התוכן של החוק השלישי של התרמודינמיקה).