Kelvinova teplotní stupnice - Obchodní Akademie Lysá nad Labem

VY_32_INOVACE_PZA_219
TEPLOTY BLÍZKÉ ABSOLUTNÍ NULE
Mgr. Radka Mlázovská
Obchodní akademie, Lysá nad Labem, Komenského 1534
Dostupné z www.oalysa.cz. Financováno z ESF a státního rozpočtu ČR.
Období vytvoření:
Ročník:
Tematická oblast:
červen 2013
1.
PZA – chemicko-fyzikální
základ
Předmět:
PZA – Přírodovědný základ
Popis způsobu použití výukového materiálu ve výuce: výklad
OBSAH
•
•
•
•
Kelvinova teplotní stupnice
Absolutní nula
Supravodivost a využití
Zdroje
Kelvinova teplotní stupnice
• Termodynamická teplota
Snahou vědců 19. století bylo
vytvořit teplotní stupnici nezávislou na náplni teploměru.
Byla proto lordem Kelvinem
téměř sto let po Celsiovi
zavedena tzv. termodynamická
teplotní stupnice.
William Thomson,
lord Kelvin
Kelvinova teplotní stupnice
• Termodynamická teplota
Je založena na jediné základní
teplotě, která odpovídá teplotě
rovnovážného stavu soustavy
led + voda + sytá vodní pára.
Tento rovnovážný stav se nazývá
trojný bod vody a dohodou mu
byla přiřazena teplota 273,16 K.
Lord Kelvin 1824 - 1907
Kelvinova teplotní stupnice
• Počátek teplotní stupnice v kelvinech odpovídá teplotě, při které by ustal všechen
neuspořádaný pohyb částic. Byla předpovězena na základě výpočtu.
• Teploty 0 K nelze přesně dosáhnout, pouze se
jí můžeme přiblížit, protože částice se v látkách vždy pohybují, i když nepatrně.
V současnosti bylo dosaženo teploty 1 pK.
Kelvinova teplotní stupnice
• Z toho plyne, že teplota
udávaná v kelvinech je vždy
větší než nula. Teplotu měřenou v kelvinech označuje T.
• Číselná hodnota teploty vyjádřená v kelvinech je přibližně
o 273,15 větší než v stupních,
např. 0 °C = 273,15 K.
Kelvinova teplotní stupnice
• Základním bodem je bod 0 Kelvinů, tj. teplota
nazývaná jako absolutní nula, kdy ustane
tepelný pohyb částic, kmitání částic kolem
rovnovážné polohy. Odpovídá teplotě
Celsiovy stupnice t = –273,15°C.
• Astronomové a fyzici používají Kelvinovu
stupnici místo stupnice Celsiovy.
Kelvinova teplotní stupnice
• Hodnota termodynamické teploty může být
pouze kladná. Stejně tak objem.
Kelvinova teplotní stupnice
• Pokud by teoreticky byla termodynamická
teplota rovna nule, úplně by se zastavil vibrační
pohyb atomů látky a látka by musela mít
záporný objem. To se v praxi zatím nepodařilo.
– viz graf na předcházejícím snímku
• 0 K = – 273,15 °C
• 0°C = + 273,15 K
• Teplotní přírůstek 1°C odpovídá přírůstku 1K!
Kelvinova teplotní stupnice
• Poznámka
U vysokých teplot, řádově od tisíců stupňů
celsia můžeme pokládat za K~°C protože
odchylka je velmi malá ( např. 1 milión °C ~ 1
milión K ) a lze rozdíl stupnic zanedbat. Proto
můžeme pro lepší představu používat °C pro
stejné hodnoty v Kelvinech.
Porovnání teplotních stupnic
Dosažení nízkých teplot
• snaha o dosažení co nejnižších teplot v 19. a
20. století
– přivedení všech známých plynných látek (dusík,
vodík, hélium aj.) do stavu kapalné fáze a poté do
stavu fáze pevné
– snaha najít metodu ochlazování s níž se to podaří
– proměření základních termodynamických
vlastností (teplota, měrná tepla tání a tuhnutí,
měrné tepelné kapacity za těchto extrémních
teplot)
Metoda ochlazování
Průlomem byla příprava kapalného helia:
Zkapalnit izotop 4He se poprvé podařilo holandskému fyziku Heike Kamerlingh-Onnesovi
v Leidenu dne 10.7.1908 při teplotě 4,2 K za
normálního tlaku.
Dalším z Onnesových cílů bylo přivést kapalné
hélium do stavu hélia tuhého, což se mu však
jeho metodami až do konce života nepodařilo.
Důvod neúspěchu vysvětlila až mnohem
později kvantová mechanika.
Pokroky v dosažení minimální teploty
SUPRAVODIVOST
• VYUŽITÍ SUPRAVODIČŮ – BUDOUCNOST
• Stovky aplikací jsou ve stadiu laboratorních
zkoušek a další čekají na svou šanci.
Zcela zásadní dopad na společnost by měla
především supravodivost za pokojových
teplot, kterou je ale možné zatím označit
spíše za hudbu budoucnosti.
Video – levitace v supravodivém stavu
• http://www.youtube.com/watch?v=AfRmru4
Zalg
• http://www.youtube.com/watch?v=Ads64vt
dEBE
Zdroje
http://www.vectorstock.com/royalty-free-vector/celsius-kelvin-fahrenheit-temperaturescales-vector-982293
http://www.aristoteles.cz/chemie/chemicke_vypocty/termodynamicka-teplota.php
http://fikus.omska.cz/~bojkovsm/termodynamika/doplnkove_ulohy.html
http://www.aldebaran.cz/bulletin/2004_04_sup.html
http://profalexquimicafacil.blogspot.cz/2011/03/escalas-de-temperatura-quemforam.html
http://www.converter.cz/fyzici/kelvin.htm
http://www.oskole.sk/?id_cat=3&clanok=6423
http://www.fzu.cz/popularizace/supravodivost-nadeje-pro-21-stoleti
http://www.aldebaran.cz/bulletin/2004_04_sup.html
http://cs.wikipedia.org/wiki/Supratekutost
http://www.beijingholiday.com/travel-news/beijing-maglev-train-plan.html
Pokud není uvedeno jinak, jedná se o autorskou práci.