View Full Version : -273,16 C° o meno ancora
Oggi il nostro prof di chimica ha parlato di pressione, temperatura e altre cosucce. La cosa che più mi ha colpito e che non sapevo era che un gas non potesse scendere a una temperatura minore o uguale dei -273,16. Il prof spiegava che qualora fosse possibile si annullerebbe il volume o il volume diventerebbe negativo, il che è impossibile, quindi non si può scendere al di sotto di quella temperatura.
Volevo avere ulteriori informazioni, anche perchè mi è un po' difficile da realizzare come pensiero. Non riesco a capire, non si può scendere a una temperatura minore??? E' illogico, una volta arrivati a -273,15 non si può raffreddare ancora il corpo, c'è una spiegazione più dettagliata di quella che ha dato il mio prof??? ;)
Grazie :D
stbarlet
08-11-2005, 13:57
Oggi il nostro prof di chimica ha parlato di pressione, temperatura e altre cosucce. La cosa che più mi ha colpito e che non sapevo era che un gas non potesse scendere a una temperatura minore o uguale dei -273,16. Il prof spiegava che qualora fosse possibile si annullerebbe il volume o il volume diventerebbe negativo, il che è impossibile, quindi non si può scendere al di sotto di quella temperatura.
Volevo avere ulteriori informazioni, anche perchè mi è un po' difficile da realizzare come pensiero. Non riesco a capire, non si può scendere a una temperatura minore??? E' illogico, una volta arrivati a -273,15 non si può raffreddare ancora il corpo, c'è una spiegazione più dettagliata di quella che ha dato il mio prof??? ;)
Grazie :D
da quello che ricordo , si dice che lo zero assoluto (0K) sia a -273.15 perchè ponendo i dati relativi a temperatura e volumein un grafico cartesiano( una retta), nel punto in cui il volume diventa 0 la temperature è di 273.15 ed è così per tutta la materia
Una spiegazione "semplice" :
La temperatura di un gas é data dalla velocità media delle sue molecole .
A -273,16 le molecole sono ferme , meno di così non si può .
da quello che ricordo , si dice che lo zero assoluto (0K) sia a -273.15 perchè ponendo i dati relativi a temperatura e volumein un grafico cartesiano( una retta), nel punto in cui il volume diventa 0 la temperature è di 273.15 ed è così per tutta la materia
Esatto il prof ci ha fatto anche il grafico... ;)
CioKKoBaMBuZzo
08-11-2005, 14:12
dall'esperienza di gay-lussac, tenendo un gas a pressione costante e aumentandone la temperatura, il volume del gas aumenta secondo la relazione matematica
V=V0*(1+alfa*t)
dove V è il volume del gas alla temperatura t, V0 è il volume del gas a 0°C e alfa è una costante uguale a 1/273,15 (dato sperimentale)
disegnando sul piano cartesiano la retta che esprime questa relazione e mettendo sull'asse delle ascisse la temperatura e su quello delle ordinate il volume, la retta interseca l'asse x priprio nel punto -273,15...oltre, il volume ha valori negativi
Lucrezio
08-11-2005, 20:02
E' una domanda molto più profonda e interessante di quello che sembra!
La temperatura termodinamica assoluta è - oltre che una misura di quanto un corpo è "caldo" - una misura di energia.
Non si tratta tanto - quindi - di un'annichilazione del gas - che andrebbe a volume = o a temperatura = 0, vale tra il resto la pena di ricordare che l'equazione di stato pV=nrT è valida per i gas ideali, ovvero per gas molto rarefatti e ad alta temperatura... verso lo zero le cose si complicano al punto di non essere ancora molto chiare... ! - quanto di un'operazione che porterebbe gli atomi di gas o di solido (più probabilmente) ad una situazione di energia termica uguale a zero.
Da una parte questo andrebbe a violare la legge di indeterminazione di Heisenberg: una molecola ferma è in una posizione determinata... e questo non va bene (avrebbe un'incertezza infinita riguardo alla quantità di moto :eek: ) :D
Un altra spiegazione al fatto che lo zero assoluto sia una temperatura non raggiungibile viene fornita dal terzo principio della termodinamica.
Si dimostra abbastanza facilmente, infatti, che per raffreddare un corpo con una macchina termica (o con altra macchine) lo si fa passare con ogni ciclo ad una temperatura proporzionale a quella iniziale - diciamo un decimo.
E' facile convincersi che - con un numero finito di cicli - la sua temperatura allo zero non arriverà mai!
La spiegazione è confusa, imprecisa, addirittura barbara in certi punti, ma spero di aver dato un'idea :D
Ciao!
Da una parte questo andrebbe a violare la legge di indeterminazione di Heisenberg: una molecola ferma è in una posizione determinata... e questo non va bene (avrebbe un'incertezza infinita riguardo alla quantità di moto :eek: ) :D
Infatti, quantisticamente parlando, allo zero assoluto le molecole non sono ferme ma nello stato ad energia minima (che non è zero, proprio per l'indeterminazione). Ne avevamo parlato in un thread analogo :D
Si dimostra abbastanza facilmente, infatti, che per raffreddare un corpo con una macchina termica (o con altra macchine) lo si fa passare con ogni ciclo ad una temperatura proporzionale a quella iniziale - diciamo un decimo.
E' facile convincersi che - con un numero finito di cicli - la sua temperatura allo zero non arriverà mai!
Ciao!
Tutto chiaro tranne questa parte... :confused:
Ciao e grazie per le risposte
:D
CioKKoBaMBuZzo
08-11-2005, 22:24
mm se ho capito bene in pratica raffreddando un corpo lo si fa passare da una temperatura t a una temperatura (ad esempio) 1/10*t, poi 1/10*(1/10*t) ecc..quindi non si arriva mai allo 0
io invece non ho capito questo
Da una parte questo andrebbe a violare la legge di indeterminazione di Heisenberg: una molecola ferma è in una posizione determinata... e questo non va bene
ma il principio di indeterminazione di heisenberg non era per gli elettroni che orbitano attorno al nucleo in un atomo? :help:
io invece non ho capito questo
Niente da capire li... secondo Heisenberg non si può determinare la posizione di una particella in un dato istante senza modificarne il moto, quindi il fatto che stiano ferme implica che sarebbe possibile individuare la posizione il che contraddice il principio di indeterminazione. Spero sia così... ;)
razziadacqua
08-11-2005, 22:49
io sapevo che qualche anno fà,nel 94credo,in un laboratorio hanno infranto lo zero assoluto di...qualche frazione di grado,raggiunta la quale però hanno osservato il 4stato della materia:
un mare di atomi tutti e belli messi in fila che "oscillavano" con la stessa fase e stessa direzione...e orbite elettroni quasi a sincrono credo...uno stato "plasmatico"lo avevano definito credo no nricordo benen,sicuramente ho detto qualceh castroneria..
cmq per quanto riguarda i gas...una volta fermate le molecole...a voglia a raffreddare :D
Topomoto
08-11-2005, 22:56
io sapevo che qualche anno fà,nel 94credo,in un laboratorio hanno infranto lo zero assoluto di...qualche frazione di grado,raggiunta la quale però hanno osservato il 4stato della materia:
un mare di atomi tutti e belli messi in fila che "oscillavano" con la stessa fase e stessa direzione...e orbite elettroni quasi a sincrono credo...uno stato "plasmatico"lo avevano definito credo no nricordo benen,sicuramente ho detto qualceh castroneria..
cmq per quanto riguarda i gas...una volta fermate le molecole...a voglia a raffreddare :D
Se è per quello anni fa hanno fatto pure la fusione fredda :sofico:
razziadacqua
08-11-2005, 23:32
Se è per quello anni fa hanno fatto pure la fusione fredda :sofico:
giuro oh!non è una cazzata!....adesso il problema è ritrovare la fonte...
http://www.repubblica.it/online/cultura_scienze/nobel2001/fisica/fisica.html
leggi infedele :D
" Per aver prodotto un nuovo stato della materia. E' con questa motivazione che l'Accademia delle Scienze di Svezia ha insignito oggi del Nobel per la Fisica del 2001 gli americani Eric A. Cornell e Carl E. Wieman, dell'università del Colorado, e il tedesco Wolfgang Ketterle, del MIT di Boston, premiandoli per i risultati di esperimenti effettuati, in due studi indipendenti, nel 1995."
era il condensato di Bose Einstein ecco cosa era e nel 1995 lo hanno scoperto in laboratorio a temperature prossimo(no inferiori,vedi mi ricordavo male)dello 0k...ma cmq mancava pochississimissimo...
Topomoto
08-11-2005, 23:53
era il condensato di Bose Einstein ecco cosa era e nel 1995 lo hanno scoperto in laboratorio a temperature prossimo(no inferiori,vedi mi ricordavo male)dello 0k...ma cmq mancava pochississimissimo...
E vabbè...mancava pochissimo....quel poco per passare dal possibile all'impossibile :sofico:
GERICO76
09-11-2005, 20:53
Lo zero assoluto, come ogni altro limite fisico, costante universale o fattore di unicità, è un argomento affascinante. Dal punto di vista teorico o K è una temperatura non raggiungibile, tantomeno superabile, dal punto di vista puramente pratico è davvero complicato scendere già a pochi K. Io lavoro con l'elio liquido e per alcuni esperimenti necessito di temperature di 2-3 K e vi assicuro che tutti i transferlines e i criostati hanno un vuoto ultra spinto per garantire un quasi nullo scambio di calore con l'ambiente.
Marilson
09-11-2005, 21:38
Niente da capire li... secondo Heisenberg non si può determinare la posizione di una particella in un dato istante senza modificarne il moto, quindi il fatto che stiano ferme implica che sarebbe possibile individuare la posizione il che contraddice il principio di indeterminazione. Spero sia così... ;)
guarda che il principio di Heisenberg è per gli elettroni. Cosa centrano le particelle di gas?? (molecole infinitivamente più grandi di un elettrone, la cui massa in un atomo è TRASCURABILE). E cmq per quanto riguarda il limite invalicabile.. ehm.. c'è il secondo principio della termodinamica che spiega tutto.. per produrre del freddo, si possono usare le frigorie come unità "freddifera" (una frigoria è l'equivalente in freddo di una chilocaloria). Ebbene per produrre una frigoria ci vuole SEMPRE più di una caloria. Avete mai messo una mano dietro al frigorifero? presente quanto è caldo? presente quanta energia consuma? :sofico: per scendere sotto i 273 gradi sotto zero ci vuole una quantità di energia infinita
CioKKoBaMBuZzo
09-11-2005, 21:56
ah ecco...ma quindi la frase
Da una parte questo andrebbe a violare la legge di indeterminazione di Heisenberg: una MOLECOLA ferma è in una posizione determinata... e questo non va bene
è giusta o no?
Io lavoro con l'elio liquido e per alcuni esperimenti necessito di temperature di 2-3 K
e l'elio solido si può ottenere?
GERICO76
09-11-2005, 22:05
l'elio solido si ha solo a condizioni veramente difficili da ottenere, mi sembra che la transizione dell'elio dalla fase liquida a quella solida si ha a 100 MPa e alla temperatura di 12 K.
Comunque si usa l'elio liquido per esperimenti a basse temperature prorpio perchè questo gas mantiene lo stato liquido prorpio a temperature veramente basse.
Tornando ad Heisenberg:
Il fenomeno che i tre vincitori del Nobel hanno osservato sperimentalmente appena sei anni fa si chiama condensato di Bose-Einstein, e la sua formulazione teorica risale al 1924. In quell'anno, Albert Einstein ampliò il lavoro teorico del fisico indiano Satyendranath Bose e predisse che, in un gas ideale, e a temperature particolarmente basse, gli atomi del gas si sarebbero condensati in modo da occupare un solo "stato quantico". Sarebbero, cioè, entrati in un nuovo stato della materia, in cui avrebbero avuto un comportamento unitario e coerente, come quello dei fotoni in un fascio di luce laser, che hanno la stessa energia ed oscillano insieme. Perduta la loro individualità iniziale, gli atomi del gas si sarebbero in pratica comportati come un'unica entità fisica, una condizione in cui non valgono più le leggi della fisica classica, ma quelle, ben più bizzarre, del mondo dei quanti, che fanno sì che questi atomi si possano manipolare in modi non permessi dai normali stati della materia.
Tratto dall'articolo postato sopra da razziadacqua: qui (http://www.repubblica.it/online/cul...ica/fisica.html ). Forse mi sbaglierò ma banus si riferiva a questo.
Infatti, quantisticamente parlando, allo zero assoluto le molecole non sono ferme ma nello stato ad energia minima (che non è zero, proprio per l'indeterminazione). Ne avevamo parlato in un thread analogo
Magari mi sbaglio, e ci illumini!!! :D
un OTTIMA guida con ben spiegata la fisica del freddo estremo e di come si possono raggiungere temperature prossime allo zero assoluto.
Inoltre e' ben trattata tutta la parte riguardante i condensati di Bose-Einstein con le spiegazioni passo-passo e molte simulazioni fatte con applet java
http://www.mi.infn.it/~phys2000/bec/index.html
guarda che il principio di Heisenberg è per gli elettroni. Cosa centrano le particelle di gas??
Il principio di indeterminazione vale per qualsiasi sistema quantistico, e in particolare quindi anche per le intere molecole. Gli effetti sono ovviamente minori (maggiore massa => minore lunghezza d'onda associata), ma a quella scala non sono per nulla trascurabili.
Consiglio di vedere il link di Athlon, è molto chiaro sugli effetti delle temperature estremamente basse ;)
nexus2014
10-11-2005, 11:19
Heisemberg dice in parole povere che non possiamo conoscere l'esatta posizione dell'elettrone se conosciamo la sua velocita e viceversa...Se conosciamo la velocita in quel dato istante non possiamo conoscere con esattezza dove si trova...
Questa è una delle affermazioni derivanti dall'interpretazione di Copenaghen della meccanica quantistica; le relazioni di "indeterminazione" si possono in effetti ricavare matematicamente dai principi della teoria. Il significato da associare alle relazioni è una questione ancora controversa tra realisti e "dualisti".
goldorak
10-11-2005, 11:43
Questa è una delle affermazioni derivanti dall'interpretazione di Copenaghen della meccanica quantistica; le relazioni di "indeterminazione" si possono in effetti ricavare matematicamente dai principi della teoria. Il significato da associare alle relazioni è una questione ancora controversa tra realisti e "dualisti".
Come si pone in questo quadro allora la relazione di indeterminazione tempo-energia che non puo' essere derivata formalmente dai principi della teoria proprio perche' il tempo non e' un osservabile ?
nexus2014
10-11-2005, 11:50
E' una parola... per farla semplice le relazioni di Heisemberg hanno fatto fare passi da gigante all'intera fisica, ma vi è ancora oggi un grosso disaccordo su quale sia il significato profondo da assegnarvi; forse la soluzione per dirla con Feynman è "Zitto e calcola!" (riferito ai fisici).
Il problema è che la visione imposta dalla scuola di Copenaghen (per es. il fatto che solo dopo che una quantità viene misurata assume realtà) non è affatto necessaria, ma è alquanto viziata da pregiudizi filosofici che spesso assumono l'aspetto di veri e propri dogmi (e questo a me personalmente non piace, ma non la penso solo io così).
Basta che pensi a questo: è IMPOSSIBILE conoscere contemporaneamente la posizione e l'impulso di una particella oppure un elettrone PUO' assumere SOLO uno dei due aspetti corpuscolare o ondulatorio e NON entrambi; e dove sta scritto? Vi sono esperimenti che dimostrano abbastanza ragionevolmente il contrario e dunque non pare pienamente giustificata l'inconoscibilità a PRIORI da parte della scienza.
Inoltre tutti gli (apparenti) paradossi derivanti da questa interpretazione (es. la scatola di de Broglie, il gatto di Schrodinger, l'amico di Wigner...) sono effettivamente tali proprio perchè ci si ostina ad applicare i dettami dell'interpretazione di Copenaghen e forse potrebbero essere superati se si considera una concezione più realista della realtà.
Non sono stato esaustivo, lo so...
nexus2014
10-11-2005, 12:01
Come si pone in questo quadro allora la relazione di indeterminazione tempo-energia che non puo' essere derivata formalmente dai principi della teoria proprio perche' il tempo non e' un osservabile ?
la relazione di indeterminazione E-t si può facilmente ricavare da quella posizione-impulso con delle banali sostituzioni.
goldorak
10-11-2005, 12:03
@ nexus2014 : mi piace la tua firma, si adatta perfettamente alla teoria delle stringhe in tutte le sue forme.
Spero di non avere scatenato un flame con questa mia affermazione. :D
goldorak
10-11-2005, 12:09
la relazione di indeterminazione E-t si può facilmente ricavare da quella posizione-impulso con delle banali sostituzioni.
Uhm, si pero' rimane sempre il fatto che il tempo non e' un osservabile.
In tutte le derivazioni delle relazioni di indeterminazione che ho visto, si parte sempre da variabli coniugate (a livello classico) che quantizzate portano alle regole di commutazione [A,B]=ih (o forse h tagiato ora non ricordo piu') e applicando la disequazione di schwarz (insomma quella del prodotto scalare) si ricava delta A . delta B >= h.
In questo quadro come si fa ad associare un operatore a t ?
Non discuto sul fatto che delta E.delta T >= h (o h tagliato) sia fenomenologicamente corretta (come lo e'), ma mi interrogavo proprio sulla sua derivazione formale.
nexus2014
10-11-2005, 12:09
Si adatta perfettamente anche a quello che io penso sulla realtà... ;)
nexus2014
10-11-2005, 12:16
In effetti non si deriva dal formalismo operatoriale proprio perchè t non è un osservabile, ma si ricava da dx*dp=ht/2 (dove ht è h tagliato e dx e dp sono le "indeterminazioni"); dx=cdt dp=dE/c e dunque dE*dt=ht/2. Non so se esistono derivazioni più formali.
@ nexus2014 : mi piace la tua firma, si adatta perfettamente alla teoria delle stringhe in tutte le sue forme.
Spero di non avere scatenato un flame con questa mia affermazione. :D
Anche a me non stanno simpatici gli stringhisti (soprattutto un certo Lubos :p), ma per riportare una famosa citazione di Pauli, la loro teoria non è "nemmeno sbagliata" (not even wrong) :D
Per una dimostrazione abbastanza rigorosa della relazione di indeterminazione fra tempo e energia guardate qui:
http://math.ucr.edu/home/baez/uncertainty.html
GERICO76
10-11-2005, 13:26
Per quanto riguarda il principio di indeterminazione c`e` un modo piu` semplice per capirlo, senza perdersi in calcoli con matrici, operatori etc.
Per esempio se si fa una misura ( lunghezza, peso, velocita`, etc.) dobbiamo tener presente l`errore che tale misura comporta, allora se cerchiamo di misurare la velocita` di una particella tanto piu` saremo precisi (errore piccolo) in cio` tanto grande sara l`errore nel determinarne la posizione, e viceversa. E` un modo semplicistico per spiegare il principio di indeterminazione, pero` rende bene l`idea.
goldorak
10-11-2005, 13:56
Anche a me non stanno simpatici gli stringhisti (soprattutto un certo Lubos :p), ma per riportare una famosa citazione di Pauli, la loro teoria non è "nemmeno sbagliata" (not even wrong) :D
He he, allora non sono il solo a consocere Lubos, di tanto in tanto leggo il suo blog, che dire e' uno spasso.
Per una dimostrazione abbastanza rigorosa della relazione di indeterminazione fra tempo e energia guardate qui:
http://math.ucr.edu/home/baez/uncertainty.html
Grazie per il link, davvero interessante questa derivazione, non la conoscevo affatto.
nexus2014
10-11-2005, 15:04
Nexus...Sono ancora al terzo anno superiore di "specializzazione" in chimica quindi a conti fatti sarei al primo anno su tre... (...Alcune cose le so perche ahime sono stato bocciato...) ma non ho conoscenze cosi ampie da comprendere il significato della "Scuola di Copenaghen..."
Se vuoi approfondire l'interpretazione di Copenaghen dà uno sguardo sul web, ma ancora meglio leggiti "Fisica e Filosofia" di Heisenberg; praticamente tutto il libro è dedicato alla spiegazione (per profani) ed alla difesa della suddetta interpretazione (Heisenberg ne è uno dei fondatori).
Praticamente sempre l'esposizione formale della teoria è imperniata (per non dire impregnata) sull'interpretazione suddetta e questo, forse, è uno dei principali motivi perchè essa venga accettata dai fisici, senza porsi troppe domande... ;)
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