Home MateriaFisicaApprofondimenti Perché non si può raggiungere lo zero assoluto?

Perché non si può raggiungere lo zero assoluto?

by Adriana Carelli

Introduzione

In termodinamica chiamiamo la corrispondente a zero gradi Kelvin, corrispondente a -273,15 gradi centigradi. Lo zero assoluto vuol dire che il moto delle molecole deve avere velocità pari a zero. Un corpo per essere allo zero assoluto le sue molecole devono essere completamente ferme.

Perché non si può raggiungere?

Motivo 1: Per il principio dell’equilibrio termico, se due corpi sono a contatto il calore si trasmetterà dal corpo più caldo a quello più freddo, questo passaggio di calore comporterà un aumento di temperatura nel corpo più freddo e terminerà quando i corpi hanno raggiunto la stessa temperatura.

Quindi se un corpo ha una temperatura di 0 K ed è circondato da corpi con temperatura di 1K, questi gli passeranno del calore che farà alzare la temperatura. Allora un corpo a 0 K per mantenere questa temperatura deve essere circondato solo da altri corpi a 0 K e a loro volta da altri corpi a 0 K.

Quindi un corpo per avere una temperatura di 0K deve essere in isolamento termico e questo non è possibile nemmeno nello spazio vuoto, perché ha una temperatura di 3K. Lo spazio è più caldo dello zero assoluto.

Motivo 2: La meccanica quantistica pone anche un altro problema in quanto non potresti mai dimostrare di aver raggiunto lo zero assoluto anche se ci provassi. L’energia termica è energia cinetica, correlata alla velocità delle particelle che a sua volta è correlata alla quantità di moto. Supponiamo che hai trovato un approccio ipotetico per raggiungere lo zero assoluto. Quando vai a provare le tue scoperte, devi anche provare che la velocità delle molecole è zero. Tuttavia, dimostrando che ciò sia vero, senza errori, il principio di indeterminazione di Heisenberg afferma che non puoi sapere nulla sulla posizione di quelle particelle.

Motivo 3: Consideriamo la termodinamica del non equilibrio, in questi sistemi possono verificarsi anche temperature negative. Questo avviene per una conseguenza di come definiscono la temperatura i fisici:

\frac{1}{T}= \frac{\Delta S}{\Delta E}

dove con

  • T = temperatura
  • \Delta S = variazione di entropia
  • \Delta E = variazione di energia

Se T fosse uguale a zero il rapporto avrebbe un valore indeterminato, ricordo dalla matematica che non si può dividere per zero.

Nella termodinamica del non equilibrio abbiamo degli strani composti che possiamo raffreddare anche a dei miliardesimi di K . A queste condizioni succedono cose strane all’energia e all’entropia e possono essere misurate temperature negative. Allora se una temperatura da positiva è diventata negativa vuol dire che ha attraversato lo 0 K? No, la funzione matematica che descrive le temperatura ha un “buco” (in matematica si chiama discontinuità) in zero. Quindi non succede neanche in questo caso.

 

 

Vedi anche:

Storia della misura della temperatura

La misura della temperatura

 

Riferimenti

https://it.wikipedia.org/wiki/Termodinamica_del_non_equilibrio

https://it.wikipedia.org/wiki/Temperatura_negativa

https://physicscentral.com/explore/action/negative-temperature.cfm

 

Immagine di copertina

Foto di Gerd Altmann da Pixabay

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