گازی که دمای آن همیشه زیر صفر درجه باشه!

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
افق رویداد

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۸/۵/۱۴ - ۰۰:۳۸


پست: 107

سپاس: 8

گازی که دمای آن همیشه زیر صفر درجه باشه!

پست توسط افق رویداد »

سلام
آیا گازی یا ماده ای وجود داره که دماش همیشه مثلا 100 درجه زیر صفر بمونه یا شرایطی رو برای یک گاز فراهم کرد که دماش بتونه همیشه منفی 100 درجه بمونه؟!
چطور؟!

مرسی

نمایه کاربر
You-See

نام: U30

محل اقامت: تهران

عضویت : یک‌شنبه ۱۳۹۳/۵/۱۹ - ۱۹:۰۵


پست: 1031

سپاس: 767

جنسیت:

تماس:

Re: گازی که دمای اون همیشه زیر صفر درجه باشه!

پست توسط You-See »

سلام
با اصل آنتروپی مغایرت داره
دوستای گلم حمایت کنید : https://cafebazaar.ir/app/com.nikanmehr.marmarxword/

تصویر
نرم افزارهای مالی، بازرگانی، پخش و فروش مویرگی، .. "نیکان مهر مهان"
نرم افزار پخش مويرگي

نمایه کاربر
رهام1380

نام: رهام حسامی

محل اقامت: تهران

عضویت : پنج‌شنبه ۱۳۹۹/۶/۲۰ - ۰۹:۴۸


پست: 103

سپاس: 15

جنسیت:

تماس:

Re: گازی که دمای اون همیشه زیر صفر درجه باشه!

پست توسط رهام1380 »

صفر مطلق سردترین دمای ممکن است. به طور رسمی ، دمایی است که در آن آنتروپی به حداقل مقدار خود می رسد. به بیان ساده تر ، صفر مطلق به حالتی اطلاق می شود که در آن تمام انرژی یک سیستم استخراج شود (طبق تعریف ، کمترین حالت انرژی که سیستم می تواند داشته باشد). صفر مطلق جهانی است به این معنا که کلیه ماده ها در این درجه حرارت در حالت پایه قرار دارند. بنابراین ، به عنوان نقطه صفر یک سیستم واحد دما ، یک انتخاب طبیعی است.

به طور دقیق ، یک سیستم در صفر مطلق هنوز دارای انرژی نقطه صفر مکانیکی کوانتومی ، انرژی حالت پایه آن است. اصل عدم اطمینان بیان می کند که موقعیت یک ذره را نمی توان با دقت مطلق تعیین کرد. بنابراین یک ذره حتی اگر در صفر مطلق باشد در حال حرکت است و حالت پایه هنوز مقدار کمی انرژی جنبشی را حمل می کند. با این حال ، در تفسیر ترمودینامیک کلاسیک ، انرژی جنبشی می تواند صفر باشد و انرژی حرارتی ماده از بین می رود.

نقطه صفر مقیاس دمایی ترمودینامیکی ، مانند مقیاس کلوین ، در صفر مطلق تنظیم شده است. با توافق بین المللی ، صفر مطلق به عنوان 0K در مقیاس کلوین و -153 / 273- درجه در درجه سانتیگراد (معادل 67 / 459- درجه در مقیاس فارنهایت) تعریف شده است. دانشمندان سیستم ها را به دمای بسیار نزدیک به صفر مطلق رسانده اند ، در آن زمان ماده اثرات کوانتومی مانند ابررسانایی و فوق روان بودن را نشان می دهد. کمترین دمایی که در آزمایشگاه بدست آمده است در محدوده 100 pK است ، جایی که pK (پیکو کلوین) معادل 10 -12 K است. کمترین دمای طبیعی ثبت شده تقریباً 1K است که در گسترش سریع گازهای خروجی مشاهده می شود سحابی بومرنگ
فیزیک کوانتوم انرژی
. در مقیاس درجه حرارت مطلق ، که توسط فیزیکدانان استفاده می شود و مقیاس کلوین نیز نامیده می شود ، رفتن به زیر صفر امکان پذیر نیست - حداقل به معنای سردتر شدن از صفر کلوین نیست. با توجه به معنای فیزیکی دما ، دمای گاز توسط حرکت آشفته ذرات آن تعیین می شود - هرچه گاز سردتر باشد ، ذرات کندتر می شوند. در صفر کلوین (منفی 273 درجه سانتیگراد) ذرات از حرکت می ایستند و همه اختلالات از بین می روند. بنابراین ، در مقیاس کلوین هیچ چیز نمی تواند سردتر از صفر مطلق باشد. یک گاز اتمی در آزمایشگاه ایجاد کرده اند که با این وجود مقادیر کلوین منفی دارد. این دمای مطلق منفی دارای چندین پیامد ظاهراً پوچ است: اگرچه اتمهای موجود در گاز یکدیگر را به خود جلب می کنند و باعث ایجاد فشار منفی می شوند ، اما گاز متلاشی نمی شود - رفتاری که برای کیهان شناسی نیز برای انرژی تاریک فرض می شود. موتورهای حرارتی ظاهرا غیرممکن مانند موتور احتراقی با بازده ترمودینامیکی بیش از 100٪ نیز می توانند با کمک دمای مطلق منفی تحقق یابند.اگرچه اتمهای موجود در گاز یکدیگر را به خود جلب می کنند و فشار منفی ایجاد می کنند ، اما گاز فرو نمی ریزد - رفتاری که برای انرژی تاریک در کیهان شناسی نیز فرض می شود. موتورهای حرارتی ظاهرا غیرممکن مانند موتور احتراقی با بازده ترمودینامیکی بیش از 100٪ نیز می توانند با کمک دمای مطلق منفی تحقق یابند.اگرچه اتمهای موجود در گاز یکدیگر را به خود جلب می کنند و فشار منفی ایجاد می کنند ، اما گاز فرو نمی ریزد - رفتاری که برای انرژی تاریک در کیهان شناسی نیز فرض می شود. موتورهای حرارتی ظاهرا غیرممکن مانند موتور احتراقی با بازده ترمودینامیکی بیش از 100٪ نیز می توانند با کمک دمای مطلق منفی تحقق یابند.
داغ منهای دمای: در یک دمای مطلق منفی توزیع انرژی ذرات معکوس

برای اینکه آب به جوش بیاید ، باید انرژی اضافه شود. با گرم شدن آب ، مولکول های آب با گذشت زمان انرژی جنبشی خود را افزایش می دهند و به طور متوسط ​​سریعتر و سریعتر حرکت می کنند. با این حال ، تک تک مولکول ها دارای انرژی های مختلف جنبشی هستند - از بسیار آهسته تا بسیار سریع. حالت های کم انرژی بیشتر از حالت های با انرژی زیاد است ، یعنی فقط چند ذره واقعاً سریع حرکت می کنند. در فیزیک به این توزیع توزیع بولتزمن گفته می شود. فیزیکدانان اکنون به گازی پی برده اند که این توزیع دقیقاً معکوس شده است: بسیاری از ذرات دارای انرژی زیاد و تنها تعداد کمی دارای انرژی کم هستند. این وارونگی توزیع انرژی به این معنی است که ذرات دمای مطلق منفی به خود گرفته اند.

"توزیع معکوس بولتزمن مشخصه دمای مطلق منفی است. و این چیزی است که ما به آن دست یافته ایم. "می گوید اولریش اشنایدر. همانطور که این فیزیکدان توضیح می دهد: "با این حال گاز سردتر از صفر کلوین نیست بلکه گرمتر است" ، "حتی از هر دمای مثبت گرمتر است - مقیاس دما به راحتی در بی نهایت پایان نمی یابد ، اما به جای آن به مقادیر منفی می پرد."
دمای منفی را فقط می توان با حد بالای انرژی بدست آورد
معنای دمای مطلق منفی را می توان به بهترین شکل با کره ها در یک منظره تپه ای ، جایی که دره ها برای یک انرژی پتانسیل کم و تپه ها برای یک سطح بالا ایستاده اند ، نشان داد. کره ها هرچه سریعتر حرکت کنند ، انرژی جنبشی آنها نیز بالاتر می رود: اگر کسی در دمای مثبت شروع به کار کند و با گرم کردن آنها ، کل انرژی کره ها را افزایش دهد ، کره ها به طور فزاینده ای به مناطق با انرژی بالا گسترش می یابند. اگر امکان گرم شدن کره ها تا دمای بی نهایت وجود داشته باشد ، بدون در نظر گرفتن انرژی بالقوه ، احتمال یافتن آنها در هر نقطه از چشم انداز برابر خواهد بود. اگر کسی اکنون می توانست حتی بیشتر انرژی اضافه کند و در نتیجه کره ها را حتی بیشتر گرم کند ، آنها ترجیحاً در حالت های با انرژی بالا جمع می شوند و حتی از دمای بینهایت گرمتر می شوند. توزیع بولتزمن معکوس خواهد شد ،و بنابراین دما منفی است. در نگاه اول ممکن است عجیب به نظر برسد که دمای مطلق منفی گرمتر از دمای مثبت باشد. این به سادگی نتیجه ای از تعریف تاریخی درجه حرارت مطلق است. اگر به گونه دیگری تعریف شود ، این تناقض آشکار وجود نخواهد داشت.

دما به عنوان : توزیع بولتزمن بیان می کند که چه مقدار ذرات دارای انرژی هستند و می توانند

این وارونگی جمعیت حالتهای انرژی در آب یا هر سیستم طبیعی دیگری امکان پذیر نیست زیرا سیستم نیاز به جذب مقدار بی نهایت انرژی دارد - یک کار غیرممکن! با این حال ، اگر ذرات دارای حد بالایی برای انرژی خود باشند ، مانند بالای تپه در چشم انداز انرژی بالقوه ، وضعیت کاملاً متفاوت خواهد بود. ، اکنون در آزمایشگاه چنین سیستم گاز اتمی را با حد انرژی بالا در آزمایشگاه دست پیدا کردند

دانشمندان در آزمایش خود ابتدا حدود صد هزار اتم را در یک محفظه خلا تا دمای مثبت چند میلیاردیم کلوین خنک کرده و در تله های نوری ساخته شده از پرتوهای لیزر گرفتند. خلا ult فوق سنگین اطراف تضمین می کند که اتم ها کاملاً از نظر حرارتی از محیط عایق بندی شده اند. پرتوهای لیزر به اصطلاح شبکه نوری ایجاد می کنند که در آن اتم ها مرتباً در مکان های شبکه مرتب می شوند. در این شبکه ، اتم ها هنوز هم می توانند از طریق اثر تونل از مکانی به مکان دیگر منتقل شوند ، با این وجود انرژی جنبشی آنها حد بالایی دارد و بنابراین حد بالای انرژی مورد نیاز را دارد. گرچه دما نه تنها به انرژی جنبشی بلکه به کل انرژی ذرات مربوط می شود که در این حالت شامل برهم کنش و انرژی پتانسیل است.سیستم محققان مونیخ و گارچینگ نیز محدودیتی برای هر دو مورد تعیین می کند. سپس فیزیکدانان اتم ها را به این مرز بالایی انرژی کل می رسانند - بنابراین یک دمای منفی ، منهای چند میلیاردیم کلوین را تحقق می بخشند.

در دمای منفی یک موتور می تواند کارهای بیشتری انجام دهد
اگر کره ها دارای دمای مثبت باشند و با حداقل انرژی پتانسیل در یک دره قرار بگیرند ، این حالت بدیهی است که پایدار است - این همان طبیعتی است که ما آن را می شناسیم. اگر کره ها در بالای تپه با حداکثر انرژی پتانسیل قرار بگیرند ، معمولاً به پایین می غلتند و در نتیجه انرژی پتانسیل خود را به انرژی جنبشی تبدیل می کنند. سیمون براون ، دانشجوی دکترای گروه تحقیق ، توضیح می دهد: "اگر کره ها در دمای منفی قرار بگیرند ، انرژی جنبشی آنها آنقدر زیاد خواهد بود که نمی تواند بیشتر افزایش یابد." "کره ها بنابراین نمی توانند پایین بیایند ، و در بالای تپه می مانند. بنابراین محدودیت انرژی باعث پایداری سیستم می شود! " حالت دمایی منفی در آزمایش آنها به همان اندازه پایدار است. براون می افزاید: "بنابراین ما اولین حالت دمایی مطلق منفی را برای حرکت ذرات ایجاد کرده ایم."

ماده در دمای مطلق منفی طیف وسیعی از عواقب حیرت انگیز را به همراه دارد: با کمک آن ، می توان موتورهای گرمائی مانند موتورهای احتراقی با بازدهی بیش از 100٪ ایجاد کرد. این بدان معنا نیست که قانون صرفه جویی در انرژی نقض شده است. در عوض ، موتور نه تنها می تواند انرژی را از محیط گرمتر جذب کند و هم از این طریق کار کند ، بلکه برخلاف حالت معمول ، از محیط سردتر نیز کار می کند.

در دماهای کاملاً مثبت ، محیط سردتر به طور حتم در مقابل گرم می شود ، بنابراین بخشی از انرژی محیط گرم را جذب می کند و در نتیجه کارایی را محدود می کند. اگر محیط گرم دمای منفی داشته باشد ، امکان جذب همزمان انرژی از هر دو محیط وجود دارد. بنابراین کار انجام شده توسط موتور بیشتر از انرژی گرفته شده از محیط گرمتر است - بازده بیش از 100 درصد است.

موفقیت فیزیکدانان علاوه بر این می تواند برای کیهان شناسی جالب باشد ، زیرا رفتار ترمودینامیکی دمای منفی موازی با انرژی به اصطلاح تاریک را نشان می دهد. کیهان شناسان انرژی تاریک را نیروی گریزنده ای می دانند که سرعت انبساط جهان را تسریع می کند ، گرچه کیهان به دلیل جاذبه جاذبه بین همه توده ها باید منقبض شود. پدیده مشابهی در ابر اتمی در آزمایشگاه مونیخ وجود دارد: این آزمایش متکی به این واقعیت است که اتمهای موجود در گاز مانند گاز معمول یکدیگر را دفع نمی کنند بلکه در عوض برهم کنش متفاوتی دارند. این بدان معنی است که اتم ها به جای فشار مثبت ، منفی اعمال می کنند. در نتیجه ، ابر اتم می خواهد منقبض شود و باید واقعاً سقوط کند - درست همانطور که برای جهان تحت تأثیر گرانش انتظار می رود.اما به دلیل دمای منفی آن این اتفاق نمی افتد. این گاز دقیقاً مانند جهان از سقوط نجات می یابد.

دمای یک گاز به لطف یک اختلال فیزیک کوانتوم می تواند به زیر صفر مطلق برسد.

ممکن است کمتر از انجماد جهنم به نظر برسد ، اما فیزیکدانان برای اولین بار یک گاز اتمی با دمای کاملاً صفر-صفر ایجاد کرده اند 1 . این روش دریچه ای برای تولید مواد منفی کلوین و دستگاههای کوانتومی جدید است ، و حتی می تواند به حل یک رمز و راز کیهانی کمک کند.

لرد کلوین مقیاس درجه حرارت مطلق را در اواسط دهه 1800 به گونه ای تعریف کرد که هیچ چیز از صفر مطلق سردتر نباشد. بعداً فیزیکدانان دریافتند که دمای مطلق گاز با متوسط ​​انرژی ذرات آن ارتباط دارد. صفر مطلق مربوط به حالت نظری است که در آن ذرات به هیچ وجه انرژی ندارند و دمای بالاتر با انرژی های متوسط ​​بالاتر مطابقت دارد.

با این حال ، تا دهه 1950 ، فیزیکدانانی که با سیستم های عجیب و غریب بیشتری کار می کردند دریافتند که این همیشه درست نیست: از نظر فنی ، شما درجه حرارت یک سیستم را از گرافی می خوانید که احتمال یافتن ذرات آن با انرژی های خاص را ترسیم می کند. به طور معمول ، اکثر ذرات دارای انرژی متوسط ​​یا تقریباً متوسط ​​هستند ، و فقط چند ذره با انرژی بالاتر به اطراف زیپ می زنند. از نظر تئوریک ، اولریش اشنایدر ، فیزیکدان در ، توضیح می دهد ، اگر وضعیت معکوس شود ، و ذرات بیشتری دارای انرژی بیشتر و نه کمتر باشند ، نمودار چرخانده می شود و علامت دما از یک مثبت به یک درجه حرارت مطلق منفی تبدیل می شود. دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان در مونیخ ، آلمان.

قله ها و دره ها
داستان های مرتبط
گاز فوق العاده مضاعف بدون مقاومت است
شبیه سازی: جهش کوانتومی
دوربین هایی که روی انرژی تاریک تمرکز می کنند
اشنایدر و همکارانش با یک گاز کوانتومی فوق سرد که از اتمهای پتاسیم تشکیل شده است به چنین دمای کاملاً صفر-صفر رسیدند. آنها با استفاده از لیزر و میدانهای مغناطیسی ، اتمهای منفرد را در یک آرایش شبکه نگهداری کردند. در دماهای مثبت ، اتم ها دفع می شوند ، و باعث می شود پیکربندی پایدار باشد. سپس تیم به سرعت میدان های مغناطیسی را تنظیم کرده و باعث جذب بیشتر اتم ها نسبت به دفع یکدیگر شد. اشنایدر می گوید: "این به طور ناگهانی باعث تغییر اتم ها از پایدارترین حالت با کمترین انرژی به بالاترین حالت ممکن انرژی می شود." "این مانند این است که از طریق یک دره قدم بزنید ، سپس بلافاصله خود را در قله کوه پیدا کنید."

در دماهای مثبت ، چنین واژگونی ناپایدار خواهد بود و اتم ها به درون فرو می ریزند. اما تیم همچنین زمینه لیزر به دام انداختن را تنظیم کرد تا از نظر انرژی از نظر انرژی برای چسبیدن اتمها در موقعیت خود مناسب تر باشد. این نتیجه ، که امروز در Science 1 شرح داده شده ، نشان دهنده انتقال گاز از کمی بیش از صفر مطلق به چند میلیاردیم کلوین زیر صفر مطلق است.

ولفگانگ کترل ، فیزیکدان و برنده جایزه نوبل در انستیتوی فناوری ماساچوست در کمبریج ، که قبلاً درجه حرارت مطلق منفی را در یک سیستم مغناطیسی نشان داده است 2 ، آخرین کار را "آزمایش قدرت" می نامد. دولت های عجیب و غریب با انرژی بالا که تولید آن در آزمایشگاه در دمای مثبت دشوار است در دمای مطلق منفی پایدار می شوند - "به نظر می رسد می توانید هرمی را روی سر آن بایستید و نگران سرنگونی آن نباشید - و بنابراین چنین تکنیک هایی می تواند اجازه دهد که این ایالات به طور دقیق مورد مطالعه قرار گیرند. کترل اضافه می کند: "این ممکن است راهی برای ایجاد اشکال جدید ماده در آزمایشگاه باشد."

اگر ساخت ، چنین سیستم هایی رفتارهای عجیب و غریبی دارند ، می گوید: اچیم روش ، فیزیکدان نظری از دانشگاه کلن در آلمان ، که تکنیک مورد استفاده اشنایدر و تیمش را پیشنهاد داد 3 . به عنوان مثال ، Rosch و همکارانش محاسبه کرده اند که در حالیکه ابرهای اتم به طور معمول توسط گرانش به سمت پایین کشیده می شوند ، اگر بخشی از ابر در دمای مطلق منفی باشد ، برخی از اتم ها به سمت بالا حرکت می کنند ، ظاهرا از جاذبه 4 سرپیچی می کنند .

ویژگی دیگر گاز زیر صفر مطلق این است که "انرژی تاریک" را تقلید می کند ، نیرویی مرموز که جهان را وادار می کند با سرعت سریعتر در برابر کشش داخلی گرانش گسترش یابد. اشنایدر خاطرنشان می کند که اتمهای جذاب موجود در گاز تولید شده توسط تیم نیز می خواهند به داخل فرو بریزند ، اما این امر به این دلیل نیست که دمای مطلق منفی باعث تثبیت آنها می شود. او می گوید: "جالب است که این ویژگی عجیب در جهان و همچنین در آزمایشگاه ظاهر می شود." "این ممکن است چیزی باشد که کیهان شناسان باید دقیق تر به آن نگاه کنند."تصویر
آخرین ويرايش توسط 1 on رهام1380, ويرايش شده در 0.

نمایه کاربر
You-See

نام: U30

محل اقامت: تهران

عضویت : یک‌شنبه ۱۳۹۳/۵/۱۹ - ۱۹:۰۵


پست: 1031

سپاس: 767

جنسیت:

تماس:

Re: گازی که دمای آن همیشه زیر صفر درجه باشه!

پست توسط You-See »

دوستای گلم حمایت کنید : https://cafebazaar.ir/app/com.nikanmehr.marmarxword/

تصویر
نرم افزارهای مالی، بازرگانی، پخش و فروش مویرگی، .. "نیکان مهر مهان"
نرم افزار پخش مويرگي

ارسال پست