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La scala di temperatura Kelvin
La scala di temperatura Kelvin è la scala di misura della
temperatura usata nel SI , la sua unità di misura è il Kelvin.
Per stabilire una scala di temperatura è necessario stabilire due
punti fissi detti termometri che nella scala Kelvin sono:
Lo Zero assoluto;
Il punto triplo dell’acqua (punto in cui i tre passaggi di stato
dell’acqua coesistono).
3. z
Cosa si intende per «zero assoluto»?
Lo zero assoluto è la temperatura più bassa che teoricamente si possa
ottenere in qualsiasi sistema macroscopico e corrisponde a 0 K(-
273,15 K).
4. z
E possibile raggiungerlo?
Lo zero assoluto è un valore irraggiungibile per tre leggi fisiche:
Terza legge della termodinamica;
Principio di indeterminazione di Heisenberg;
Energia al punto zero;
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Terza legge della termodinamica
In relazione con lo zero assoluto , la terza legge della
termodinamica afferma che: non è possibile per qualsiasi
processo, anche se idealizzato, ridurre l'entropia di un sistema al
suo valore allo zero assoluto tramite un numero finito di
operazioni.
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Principio di indeterminazione di Heisenberg
energia E e tempo t, o anche impulso P e posizione Q sono variabili
canonicamente coniugate. Se un sistema raggiungesse lo zero
assoluto, potremmo dire con certezza quale è la sua temperatura T,
cioè 0. Ma se conosciamo T, allora conosciamo anche E, cioè
l'energia ad essa associata, anch'essa uguale a 0. Analogamente, è
nota la posizione del corpo che è fermo allo zero assoluto; dandogli
un impulso dall'esterno, sarebbero note entrambe le variabili.
Conoscendo E senza incertezze avremmo t infinitamente
indeterminato, e conoscendo P senza incertezze avremmo Q
infinitamente indeterminato.
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Energia di punto zero
L’energia di punto zero è: il livello energetico più basso
raggiungibile da un atomo è livello energetico del punto zero, che,
pur essendo infinitesimo, non è mai nullo. Il sistema avrà sempre
una determinata energia di tipo cinetico, un determinato calore e
quindi una temperatura poco al di sopra dello zero assoluto.
8. z
Studi e ricerche sulla materia superfredda
Al 2005, la temperatura più bassa mai ottenuta è stata di 450 pK, conseguita
da Wolfgang Ketterle e colleghi al Massachusetts Institute of Technology.
Ad oggi però la scoperta più recente risale al 2013 .
Ricercatori dell'Istituto Max Planck di ottica quantistica , hanno creato in
laboratorio un gas capace di raggiungere temperature negative, cioè un
miliardesimo sotto lo zero assolutoerta più recente risale al 2013 .
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Come è stato possibile raggiungere l’impossibile?
Le équipe tedesche, che fanno a capo a Ulrich Schneider e
Immanuel Bloch, sono andate oltre questo limite di pensiero.
Hanno messo atomi di potassio-39 in una camera sotto vuoto e
dopo averli raffreddati fino a un milionesimo di grado dallo zero
assoluto usando luce laser, li hanno intrappolati in un reticolo di
luce infrarossa: gli atomi meno freddi sono evaporati, mentre quelli
che sono restati si sono raffreddati maggiormente. Però dopo
questo traguardo il sistema si presentava instabile ppoichégli atomi
tendevano alla collisione, per questo motivo tramite l’aggiunta di un
campo gravitazionale sugli atomi hanno invertito la carica facendola
diventare di tipo repulsivo.
