อุณหภูมิไม่ต่ำกว่า 0 สาเหตุของอุณหภูมิร่างกายมนุษย์ต่ำ
การแนะนำ
ลักษณะเฉพาะ สภาพภูมิอากาศใช้เพื่ออธิบายพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่งเป็นการซับซ้อนของค่าเฉลี่ยรายวัน รายเดือน และรายปีของปริมาณอุตุนิยมวิทยาทั้งหมด รวมถึงข้อมูลเกี่ยวกับความแปรปรวน แต่ละ ปริมาณอุตุนิยมวิทยามีอิทธิพลโดยตรงต่อลักษณะอื่น ๆ ของสภาวะบรรยากาศ ซึ่งเมื่อรวมกันและมีปฏิสัมพันธ์ ทำให้เกิดสิ่งที่เราเรียกว่า "สภาพภูมิอากาศ" การเปลี่ยนแปลงใดๆ ภายในขอบเขตที่กำหนด ในสภาพภูมิอากาศ แม้จะอยู่ในเขตภูมิอากาศเดียวกัน ส่งผลกระทบต่อพืชและ สัตว์ประจำถิ่นโดยปรับให้เข้ากับสภาพภูมิอากาศของพื้นที่ที่กำหนด กิจกรรมของมนุษย์และความเป็นอยู่ที่ดีก็ขึ้นอยู่กับสภาพภูมิอากาศด้วย สุดท้ายนี้ ความสำคัญทางเศรษฐกิจและโดยเฉพาะอย่างยิ่งการเกษตรของแต่ละพื้นที่ทางภูมิศาสตร์จะถูกกำหนดโดยตรงจากสภาพภูมิอากาศ
การใช้ภูมิศาสตร์กายภาพและ ลักษณะทางอุตุนิยมวิทยาแต่ละพื้นที่ นักอุตุนิยมวิทยา และนักอุตุนิยมวิทยาพยายามจำแนกสภาพอากาศของโลก เกณฑ์หนึ่งในการจำแนกสภาพอากาศคืออุณหภูมิของอากาศ ข้อมูลปริมาณน้ำฝนยังใช้เป็นพื้นฐานในการจำแนกสภาพภูมิอากาศด้วย ตัวบ่งชี้อื่นที่จะเน้น ภูมิภาคภูมิอากาศทำหน้าที่ พืชพรรณปกคลุม- สุดท้ายนี้ เพื่อเป็นเกณฑ์ในการจำแนกสภาพอากาศ พวกเขาใช้ข้อมูลเกี่ยวกับความเด่นของมวลอากาศบางอย่าง
เขตภูมิอากาศหลักของโลก
การเปรียบเทียบสภาพอากาศที่แตกต่างกันจะง่ายกว่าหากคุณอธิบายโดยทั่วไป ตามข้อมูลอุณหภูมิอากาศใน โซนทางภูมิศาสตร์สามารถสรุปแบบกว้างๆ ได้ รายละเอียดเพิ่มเติมจะดำเนินการโดยคำนึงถึงภูมิประเทศ ความใกล้ชิดของทวีปหรือแหล่งน้ำ ฯลฯ
ละติจูดเขตร้อน
เขตภูมิอากาศเขตร้อนถูกจำกัดอยู่ในภาคเหนือและภาคใต้ โดยพื้นที่ที่มีอุณหภูมิเฉลี่ยของเดือนที่หนาวที่สุดไม่ต่ำกว่า 18°C ภายในเขตภูมิอากาศนี้อยู่ แถบเส้นศูนย์สูตร ความดันโลหิตต่ำสร้างขึ้นโดยโซนบรรจบระหว่างเขตร้อน
ลักษณะสำคัญของเขตภูมิอากาศเขตร้อนคือ ฝนตกหนักพร้อมด้วยกิจกรรมพายุฝนฟ้าคะนอง โดดเด่นใน เขตเส้นศูนย์สูตรเงียบสงบ ความชื้นสูงอากาศเอื้ออำนวยต่อการดำรงอยู่ของความหนาและชื้น ป่าเขตร้อน(ป่า). ในช่วงที่เขตบรรจบกันระหว่างเขตร้อนเคลื่อนที่ไปทางใต้หรือทางเหนือ จะเกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเล็กน้อยระหว่างฤดูกาล อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างที่มีนัยสำคัญระหว่างปริมาณฝนใน ฤดูกาลที่แตกต่างกันโดยทั่วไปสำหรับละติจูดที่สูงกว่า จะไม่เกิดในเขตภูมิอากาศเขตร้อน
จากข้อมูลในตาราง ฉบับที่ 1 แสดงให้เห็นว่าในอินโดนีเซีย ปริมาณฝนมีความแปรผันมากกว่า ตัวอย่างเช่น ในประเทศซาอีร์ แม้ว่าความผันผวนของอุณหภูมิในพื้นที่เหล่านี้ไม่มีนัยสำคัญก็ตาม อุณหภูมิสูงและต่ำยังสลับกันที่นี่แตกต่างจากใน ละติจูดพอสมควร(ตารางที่ 2).
ตารางที่ 1 ข้อมูลสำหรับสองเมืองที่ตั้งอยู่ในเขตภูมิอากาศเขตร้อน (อุณหภูมิอากาศเฉลี่ยรายเดือนและปริมาณฝนรายเดือน)
ตารางที่ 2. ข้อมูลสำหรับสถานีที่อยู่ในโซน ภูมิอากาศแบบมรสุม(อุณหภูมิอากาศเฉลี่ยรายเดือนและปริมาณฝนรายเดือน)
ละติจูดเขตอบอุ่น
ในเขตภูมิอากาศเขตละติจูดพอสมควรซึ่งมีอุณหภูมิเฉลี่ยมากที่สุด เดือนที่อบอุ่นคือประมาณ 25°С ที่สุดเขตภูมิอากาศนี้อยู่ระหว่างจุดศูนย์กลางการก่อตัวของมวลอากาศที่แตกต่างกัน (อุ่นและเย็น) หลายพื้นที่ในเขตนี้มีสภาพอากาศแห้ง โดยมีทะเลทรายและที่ราบแห้งแล้งและกึ่งแห้งแล้ง
บน ชายฝั่งตะวันตกทวีปทางตอนใต้ของเขตนี้มีภูมิอากาศแบบเมดิเตอร์เรเนียน อุณหภูมิที่นี่ปานกลาง ฤดูหนาวอากาศชื้นและ ฤดูร้อนที่แห้งแล้งเนื่องจากเข็มขัด ความดันโลหิตสูง- บนชายฝั่งตะวันออกของทวีป ความผันผวนของอุณหภูมิมีความสำคัญมากกว่าบนชายฝั่งตะวันตก ซึ่งอยู่ภายใต้อิทธิพลของมวลอากาศในทวีป ตามสภาพอากาศ ชายฝั่งตะวันออกใกล้กับภูมิอากาศของละติจูดเขตร้อน
ในพื้นที่ทางตอนเหนือของละติจูดเขตอบอุ่น ในเขตที่มีการคมนาคมทางทิศตะวันตกเป็นหลัก ความผันผวนของอุณหภูมิมีความสำคัญมากยิ่งขึ้น ปริมาณฝนจะแปรผัน และสภาพอากาศที่ราบกว้างใหญ่ที่แพร่หลายจะเป็นตัวกำหนดการพัฒนาพื้นที่ทุ่งหญ้าอันกว้างใหญ่
บริเวณขั้วโลก
มีสัตว์เพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่พบในบริเวณขั้วโลกและ พฤกษาเป็นตัวแทนของสายพันธุ์เล็กและเติบโตต่ำ อุณหภูมิเฉลี่ยเดือนที่อบอุ่นที่สุดคือ10ºС ในพื้นที่เหล่านี้มันเกิดขึ้นมาก ฤดูร้อนระยะสั้นมีความชัดเจน สภาพอากาศที่มีแดดจัดแม้ว่าการมาถึง รังสีแสงอาทิตย์ไม่มีนัยสำคัญ นอกจากนี้ยังมีปริมาณน้ำฝนเล็กน้อยที่นี่ แต่มีชั้นดินเยือกแข็งถาวร
ปัจจัยอื่นๆ ที่มีอิทธิพลต่อสภาพอากาศ
การก่อตัวของภูมิอากาศในภูมิภาคต่างๆ ของโลกได้รับอิทธิพลอย่างมากจากปัจจัยหลายอย่างที่ไม่ขึ้นอยู่กับละติจูด เช่น ความโล่งใจ ความใกล้ชิดกับแหล่งน้ำขนาดใหญ่ สภาพลม เป็นต้น ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับภูมิประเทศมีอิทธิพลที่ละติจูดใดก็ได้
ลม- เมื่อพิจารณาถึงอิทธิพลของลมที่มีต่อสภาพอากาศ สิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าศูนย์กลางของการไหลของอากาศนี้เกิดขึ้นที่ใด ในพื้นที่ร้อนหรือเย็น เปียกหรือแห้ง นอกจากนี้ บริเวณใด การไหลของอากาศย้ายและเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติ
ภูมิอากาศแบบภาคพื้นทวีป- โดยปกติแล้วจะเป็นสภาพอากาศที่แห้ง ตามแบบฉบับของพื้นที่ภายในประเทศของทวีปต่างๆ ซึ่งมีปริมาณฝนต่ำและความชื้นในอากาศต่ำตลอดทั้งปี ความกว้างของความผันผวนของอุณหภูมิอากาศขึ้นอยู่กับละติจูดของพื้นที่ ใน เขตร้อนภูมิอากาศแบบทวีปของโลกมีลักษณะเฉพาะคืออุณหภูมิผันผวนเล็กน้อย แต่ในละติจูดพอสมควร ความแตกต่างระหว่างฤดูกาลอาจมีขนาดใหญ่ ทะเลทรายและที่ราบกว้างใหญ่เป็นลักษณะที่โดดเด่นที่สุดของภูมิอากาศแบบทวีปที่แห้งแล้ง (ตารางที่ 3)
ตารางที่ 3. ข้อมูลสำหรับสองเมืองที่ตั้งอยู่ในเขตภูมิอากาศขั้วโลก (อุณหภูมิอากาศเฉลี่ยรายเดือนและปริมาณฝนรายเดือน)
ภูมิอากาศทางทะเล
ในพื้นที่ที่มีสภาพอากาศทางทะเล โดยเฉพาะหมู่เกาะในมหาสมุทร ความผันผวนของอุณหภูมิอากาศมีน้อย และเปลี่ยนแปลงน้อยมากในแต่ละวันและจากฤดูร้อนถึงฤดูหนาว เนื่องจากอิทธิพลอ่อนลง แหล่งน้ำขนาดใหญ่ความผันผวนของอุณหภูมิที่นี่ช้ากว่าการเปลี่ยนแปลงของรังสีดวงอาทิตย์มากกว่าในทวีปต่างๆ
จากโต๊ะ 4 จะเห็นได้ว่าตรวจพบอิทธิพลของกระแสน้ำแอตแลนติกเหนือที่อบอุ่น เช่น ในความผันผวนของอุณหภูมิที่น้อยกว่า เช่น อุณหภูมิที่สม่ำเสมอยิ่งขึ้นในVardø (นอร์เวย์) เมื่อเทียบกับ Barrow (Alaska) มากกว่า อิทธิพลที่แข็งแกร่งระดับน้ำทะเลในวาร์โดก็สะท้อนให้เห็นในปริมาณฝน ณ จุดนี้ด้วย
ตารางที่ 4. ข้อมูลสำหรับสองเมือง เมืองหนึ่งตั้งอยู่ในเขตภูมิอากาศทางทะเล-อาร์กติก และอีกเมืองหนึ่งในเขตภูมิอากาศทุนดราของทวีป (อุณหภูมิอากาศเฉลี่ยรายเดือนและปริมาณฝนรายเดือน)
สภาพภูมิอากาศชายฝั่ง
สภาพภูมิอากาศชายฝั่งเป็นผลโดยตรงจากอิทธิพล กระแสน้ำทะเลตลอดจนลมที่สัมผัสกับกระแสน้ำเหล่านี้ ชายฝั่งอยู่ใน โซนการเปลี่ยนแปลงระหว่างพื้นที่ที่มีการเดินเรือและ ภูมิอากาศแบบทวีป- ในแถบการขนส่งทางตะวันตกที่โดดเด่นไป ชายฝั่งตะวันตกภูมิอากาศของทวีปเป็นแบบทะเล ส่วนทางตะวันออกเป็นแบบทวีป ในสายลมการค้า ชายฝั่งตะวันออกทวีปต่างๆ มีแนวโน้มมากขึ้น ภูมิอากาศทางทะเลและตะวันตก - สู่ทวีป
ภูมิอากาศของภูเขาและที่ราบสูง
อิทธิพลของการบรรเทาทุกข์ที่มีต่อสภาพภูมิอากาศนั้นเห็นได้ชัดเจนที่สุดค่ะ พื้นที่ภูเขาและโดยเฉพาะบนที่ราบสูง แน่นอนว่าอุณหภูมิของอากาศจะลดลงตามระดับความสูงที่เพิ่มขึ้นเหนือระดับน้ำทะเล ปริมาณน้ำฝนในพื้นที่ภูเขาเกิดขึ้นบ่อยกว่าที่ระดับความสูงเฉลี่ย 2,100 เมตร หากสูงกว่านั้น ปริมาณฝนตามฤดูกาลจะลดลงอย่างรวดเร็ว การเคลื่อนไหวที่เพิ่มขึ้นอากาศตามแนวลาดเขาช่วยลดความกว้างของความผันผวนของอุณหภูมิ และทำให้ความแตกต่างระหว่างฤดูกาลราบรื่นขึ้น บนที่ราบสูงอากาศจะผสมเล็กน้อยและค่อนข้างคงที่ซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่นี่มากกว่าเหนือที่ราบมาก
เทือกเขามักทำหน้าที่เป็นเส้นแบ่งระหว่าง เขตภูมิอากาศและประสิทธิภาพของหน้าตัดจะขึ้นอยู่กับทิศทางลมที่พัดผ่าน หากอากาศถูกบังคับให้ลอยสูงขึ้นไปตามทางลาดภูเขา คุณสมบัติของมันจะเปลี่ยนไปอย่างมาก สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่า มวลอากาศเกิดขึ้นตามเนินลมและลมของภูเขาต่างกันมาก
จำนวนวันโดยเฉลี่ย อุณหภูมิรายวันอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 0°C แสดงถึงช่วงเวลาของฤดูหนาวของปี ค่าสูงสุดนั้นพบได้บนเกาะและชายฝั่งของแอ่งอาร์กติก ดังนั้น บนโลก อุณหภูมิที่ต่ำกว่า 0°C จะคงอยู่ได้เกือบ 11 เดือน (310–330 วัน) บนแผ่นดินใหญ่ ฤดูหนาวจะยาวที่สุดบนชายฝั่ง ทะเลทางเหนือทางตะวันออกของ Novaya Zemlya (260–300 วัน) และทางตอนเหนือ ซึ่งในภูมิภาคนี้อุณหภูมิอากาศที่สูงกว่า 0°C จะสังเกตได้เพียง 70–100 วันเท่านั้น สั้นลง 10–20 วัน ช่วงเย็นในพื้นที่ภูเขาทางตะวันออกเฉียงเหนือของไซบีเรียทางตอนเหนือและทางตอนเหนือ ใน ไซบีเรียตะวันตกระยะเวลาที่มีอุณหภูมิติดลบจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 220 วันในบริเวณตอนล่างของ Ob ถึง 170–180 วันในบริเวณเชิงเขาอัลไต ช่วงเวลาที่อากาศหนาวเย็นสั้นที่สุดในรัสเซียส่วนเอเชียนั้นพบได้บนชายฝั่งทางใต้และปรีมอร์สกีไคร ซึ่งอยู่ที่ 120–130 วันต่อปี
ในส่วนของยุโรปในรัสเซีย ระยะเวลาของฤดูหนาวจะลดลงในทิศทางจากตะวันออกเฉียงเหนือไปทางตะวันตกเฉียงใต้ และรักษาอุณหภูมิให้ต่ำกว่า 0°C ที่นี่จาก 200–210 วันในภูมิภาค Cis-Ural ทางตอนเหนือเป็น 60–70 วัน บนที่ราบทางตะวันตกของ Ciscaucasia ทางตะวันตกเฉียงเหนือของทวีปยุโรปในรัสเซียช่วงเวลาตั้งแต่ ค่าลบอุณหภูมิที่ตั้งไว้ช้ากว่าภาคตะวันออกเฉียงเหนือเกือบหนึ่งเดือนอันเนื่องมาจากอิทธิพลของภาวะโลกร้อนของมหาสมุทรแอตแลนติก
อิทธิพลของระดับความสูงของภูมิประเทศที่มีต่อระยะเวลาฤดูหนาวนั้นเบาบางลงไม่มากก็น้อย แม้ว่าจะอยู่ในพื้นที่ภูเขาสูงก็ตาม คอเคซัสเหนือเพิ่มขึ้น 3-4 วันทุกๆ ความสูง 100 เมตร
ระยะเวลาของช่วงอากาศหนาวเย็นอาจแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละปี ภูมิภาคทางตะวันออกเฉียงเหนือของสาธารณรัฐซาฮา (ยาคุเตีย) และ ดินแดนคาบารอฟสค์- ที่นี่ค่าของส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานจะต้องไม่เกิน 5–5.5 วันและถึงแม้จะมีความน่าจะเป็น 1 ครั้งใน 20 ปี ค่าเบี่ยงเบนจากค่าเฉลี่ยก็อยู่ที่ 10–13 วันเท่านั้น ในพื้นที่อื่นๆ ของภูมิภาคเอเชียของรัสเซีย ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของระยะเวลาที่มีอุณหภูมิอากาศติดลบจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 10–15 วันในไซบีเรียตะวันตกไปจนถึง 7–9 วัน
ในส่วนยุโรปของรัสเซีย ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานจะมากกว่าเล็กน้อย ในตัวเธอ ภาคกลางค่าของพารามิเตอร์นี้คือ 10-12 วันในภาคเหนือและ - 15-16 วันและบนชายฝั่ง Bely และ - 17-19 วัน
ช่วงที่มีอุณหภูมิไม่คงที่มากที่สุดคือต่ำกว่า 0°C สังเกตได้ทางตอนใต้ของประเทศ ที่นี่ทางใต้ของ Rostov-on-Don ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานคือ 22–24 วัน และการเบี่ยงเบนสูงสุดจากค่าเฉลี่ยของระยะเวลาของช่วงเวลาที่หนาวเย็นจะแตกต่างกันไปจาก 25–35 วันในภูมิภาค Rostov-on-Don ไปจนถึง 40–55 วันใน Ciscaucasia ตะวันตก นี่เป็นภูมิภาคเดียวในรัสเซียที่มีการเบี่ยงเบนจากค่าเฉลี่ยไปสู่ช่วงอากาศหนาวเย็นที่สั้นลง ซึ่งเป็นไปได้ทุกๆ 20 ปี เกินกว่าการเบี่ยงเบนจากช่วงระยะเวลาที่นานกว่าด้วยความน่าจะเป็นเท่ากันคือ 14-16 วัน
นักวิทยาศาสตร์สามารถทำสิ่งที่น่าทึ่งได้: พวกเขาสามารถทำความเย็นสสารให้ต่ำกว่าอุณหภูมิที่เคยพิจารณามาก่อนหน้านี้ได้ ขั้นต่ำแน่นอน- ในตำราฟิสิกส์สมัยใหม่ส่วนใหญ่ ค่าศูนย์สัมบูรณ์ในระดับเคลวิน หรือลบ 273.16 องศาเซลเซียส ถือเป็นค่าต่ำสุดของ อุณหภูมิที่เป็นไปได้เนื่องจากแม้แต่องค์ประกอบที่เบาที่สุด - ไฮโดรเจน - สูญเสียความคล่องตัวโดยสิ้นเชิงนั่นคือเมื่อพูดเป็นรูปเป็นร่างมันจะหยุดนิ่ง
น่าแปลกที่วิธีหนึ่งในการศึกษาอุณหภูมิติดลบคือการทำให้สารร้อนอย่างไม่สิ้นสุด วิธีการที่ไม่ธรรมดานี้ใกล้เคียงกับนิยายวิทยาศาสตร์ ทำให้เป็นไปได้ในทางทฤษฎีในการออกแบบเครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพมากกว่า 100% และให้ความกระจ่างเกี่ยวกับสสารลึกลับ เช่น พลังงานมืดและอื่นๆ
จากมุมมองของฟิสิกส์อะตอม อุณหภูมิคือความเร็ว ความเร็วที่อะตอมเคลื่อนที่ภายในสาร และยิ่งอะตอมเคลื่อนที่เร็ว อุณหภูมิก็จะยิ่งสูงขึ้น ดังนั้นที่อุณหภูมิลบ 273.16 องศา อะตอมของไฮโดรเจนจึงหยุดทำงานโดยสมบูรณ์ ด้วยแนวทางนี้ ไม่มีสสารใดที่จะเย็นเกินกว่าขีดจำกัดนี้ได้
อย่างไรก็ตาม เพื่อให้เข้าใจแก่นแท้ของอุณหภูมิ ฟิสิกส์ยุคใหม่แนะนำให้มองมันแตกต่างออกไป - ไม่ใช่เป็นตัวบ่งชี้เชิงเส้น แต่เป็นการวนซ้ำ: อุณหภูมิเชิงบวกเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักร ส่วนอุณหภูมิเชิงลบก็เป็นอีกส่วนหนึ่ง ที่อุณหภูมิมีแนวโน้มจะต่ำหรือสูงอย่างไม่สิ้นสุด สเกลไม่ช้าก็เร็วจะจบลงที่บริเวณลบ ที่อุณหภูมิบวก อะตอมมักจะอยู่ในสถานะพลังงานต่ำ และที่อุณหภูมิลบจะมีสถานะสูง ในวิชาฟิสิกส์ ผลที่คล้ายกันนี้เรียกว่าการกระจายตัวของโบลต์ซมันน์
ที่ศูนย์สัมบูรณ์ อะตอมจะมีสถานะพลังงานต่ำสุด และที่ "อุณหภูมิอนันต์" อะตอมสามารถครอบครองสถานะพลังงานทั้งหมดในคราวเดียว ดังนั้นที่อุณหภูมิที่สูงมากพวกมันจะครอบครองสถานะพลังงานที่สูงทั้งหมดและที่อุณหภูมิต่ำมาก - สถานะที่ต่ำทั้งหมด
“เมื่อเราพูดถึงอุณหภูมิต่ำ เราสามารถพูดได้ว่าเรากำลังเผชิญกับการกระจายตัวของโบลต์ซมันน์แบบกลับหัว” Ulrich Schneider นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยมิวนิกในเยอรมนีกล่าว “ด้วยตรรกะนี้ สารที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์สัมบูรณ์จะร้อน เราเชื่อว่าเมื่ออุณหภูมิถึงลบ 273 องศา อุณหภูมิจะไม่สิ้นสุด แต่กลับไปสู่ค่าลบเท่านั้น”
ดังที่คุณอาจจินตนาการได้ วัตถุที่มีอุณหภูมิติดลบมีพฤติกรรมแปลกประหลาดมาก เช่นโดยปกติแล้วพลังงานที่มาจากวัตถุจะมีมากกว่านั้น อุณหภูมิสูงจะมากกว่าจากวัตถุที่เย็นกว่าเสมอ อย่างไรก็ตาม หากสารเคลื่อนที่ไปสู่ระดับลบ ยิ่งเย็นลงเท่าใด พลังงานก็จะปล่อยออกมามากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น ในกรณีนี้ วัตถุที่เย็นกว่าจะมีความกระฉับกระเฉงมากกว่าวัตถุที่อุ่นกว่าเสมอ
ผลลัพธ์ที่แปลกประหลาดอีกประการหนึ่งของอุณหภูมิเยือกแข็งก็คือเอนโทรปี ซึ่งเป็นการวัดลำดับของสาร เมื่อวัตถุมีอุณหภูมิแบบปกติ เอนโทรปีของสสารรอบตัวและภายในตัวมันเองจะเพิ่มขึ้น แต่เมื่ออุณหภูมิเข้าสู่โซนลบ วัตถุที่ "เย็น/ร้อน" อย่างไม่สิ้นสุดก็สามารถลดเอนโทรปีทั้งภายในและภายนอกได้
นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันกล่าวว่าอุณหภูมิติดลบยังคงเป็นทฤษฎีส่วนใหญ่ แต่มันจะกลายเป็นการปฏิบัติเมื่อวิทยาศาสตร์เรียนรู้ที่จะทำงานกับตัวชี้วัดพลังงานที่ชัดเจนของอะตอมของสสารหนึ่งอะตอม เมื่อนักวิจัยสามารถทำงานกับอะตอมเดี่ยว ๆ ได้ในลักษณะเดียวกับวัตถุในจักรวาลมหภาค จะสามารถพูดคุยได้ว่าอะตอมสามารถระบายความร้อนให้มีอุณหภูมิต่ำมากได้หรือไม่ หรือสามารถบินได้หรือไม่ ความเร็วที่เร็วขึ้นสเวต้า
ในขณะเดียวกัน เพื่อสร้างอุณหภูมิติดลบ นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างระบบที่อะตอมมีขีดจำกัดที่เข้มงวดว่าจะสามารถครอบครองพลังงานได้มากเพียงใด ในการทำเช่นนี้ นักฟิสิกส์ใช้อะตอม 100,000 อะตอมและทำให้พวกมันเย็นลงจนถึงอุณหภูมิหนึ่งพันล้านเคลวิน อะตอมถูกทำให้เย็นลงในห้องสุญญากาศที่แยกออกจากกัน สภาพแวดล้อมภายนอก- เพื่อควบคุมอะตอมอย่างแม่นยำ นักวิจัยใช้เครือข่าย ลำแสงเลเซอร์และสนามแม่เหล็ก
ตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวไว้ อุณหภูมิของสสารในท้ายที่สุดจะขึ้นอยู่กับปริมาณพลังงานศักย์ที่อะตอมมี และปริมาณพลังงานที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอม นอกจากนี้ อุณหภูมิยังมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความดัน ยิ่งวัตถุร้อนมากเท่าไรก็ยิ่งขยายตัวมากขึ้นเท่านั้น และในทางกลับกัน เพื่อให้แน่ใจว่าก๊าซอาจมีอุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์สัมบูรณ์ได้ จำเป็นต้องสร้างเงื่อนไขที่อะตอมจะไม่มีพลังงานที่สำคัญ และพลังงานจะถูกสร้างขึ้นจากการผลักกันของอะตอมมากกว่าจากแรงดึงดูดของพวกมัน CyberSecurity.ru รายงาน
สิ่งที่คล้ายกันสามารถสร้างขึ้นใหม่ได้ในระดับนาโน ไซมอน เบราน์ จากมหาวิทยาลัยมิวนิกกล่าวว่าในอนาคต ความรู้ดังกล่าวอาจนำไปสู่การสร้างเครื่องยนต์ความร้อนประสิทธิภาพสูงพิเศษได้ การทำงานของเครื่องยนต์ดังกล่าวขึ้นอยู่กับการแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกล ตามทฤษฎีแล้วด้วย อุณหภูมิติดลบมอเตอร์ดังกล่าวอาจมีประสิทธิภาพสูงกว่า 100% แม้ว่าจากมุมมองเชิงตรรกะดูเหมือนว่าจะเป็นไปไม่ได้ก็ตาม
คำว่า "อุณหภูมิ" ปรากฏขึ้นในช่วงเวลาที่นักฟิสิกส์คิดเช่นนั้น ร่างกายที่อบอุ่นประกอบด้วย มากกว่าสารเฉพาะ-แคลอรี่-กว่าตัวเดียวกันแต่เย็น และอุณหภูมิก็ตีความว่าเป็นค่าที่สอดคล้องกับปริมาณแคลอรี่ในร่างกาย ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา อุณหภูมิของร่างกายก็วัดเป็นองศา แต่ในความเป็นจริงนี่คือการวัด พลังงานจลน์โมเลกุลที่กำลังเคลื่อนที่ และจากสิ่งนี้ ควรวัดเป็นจูล ตามระบบหน่วย C
แนวคิดเรื่อง "อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์" มาจากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ กระบวนการถ่ายเทความร้อนจากวัตถุเย็นไปยังวัตถุร้อนเป็นไปไม่ได้ แนวคิดนี้นำเสนอโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ W. Thomson สำหรับความสำเร็จในวิชาฟิสิกส์ เขาได้รับตำแหน่งขุนนาง "ลอร์ด" และตำแหน่ง "บารอนเคลวิน" ในปี ค.ศ. 1848 ดับเบิลยู. ทอมสัน (เคลวิน) เสนอให้ใช้มาตราส่วนอุณหภูมิ โดยเขาใช้อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ซึ่งสอดคล้องกับความเย็นจัดเป็นจุดเริ่มต้น และใช้องศาเซลเซียสเป็นค่าการหาร หน่วยเคลวินคือ 1/27316 ของอุณหภูมิของจุดสามจุดของน้ำ (ประมาณ 0 องศาเซลเซียส) กล่าวคือ อุณหภูมิ ณ ที่นั้น น้ำสะอาดพบได้ทันทีใน 3 รูปแบบ คือ น้ำแข็ง น้ำของเหลวและไอน้ำ อุณหภูมิต่ำสุดที่เป็นไปได้ อุณหภูมิต่ำซึ่งการเคลื่อนที่ของโมเลกุลหยุดลงและไม่สามารถสกัดออกจากสารได้อีกต่อไป พลังงานความร้อน- ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา อุณหภูมิสัมบูรณ์เริ่มมีผู้เรียกตามพระนามของพระองค์
มีการวัดอุณหภูมิในระดับต่างๆ
ระดับอุณหภูมิที่ใช้กันมากที่สุดเรียกว่าระดับเซลเซียส มันถูกสร้างขึ้นจากสองจุด: อุณหภูมิ การเปลี่ยนเฟสน้ำจากของเหลวเป็นไอน้ำ และน้ำเป็นน้ำแข็ง ก. เซลเซียส ในปี 1742 เสนอให้แบ่งระยะห่างระหว่างจุดอ้างอิงออกเป็น 100 ช่วง และให้น้ำเป็นศูนย์ โดยมีจุดเยือกแข็งเป็น 100 องศา แต่ชาวสวีเดน เค. ลินเนอัส เสนอให้ทำตรงกันข้าม ตั้งแต่นั้นมา น้ำก็กลายเป็นน้ำแข็งที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส แม้ว่าควรจะต้มที่อุณหภูมิเซลเซียสพอดีก็ตาม ศูนย์องศาเซลเซียสสัมบูรณ์เท่ากับลบ 273.16 องศาเซลเซียส
มีระดับอุณหภูมิอีกหลายระดับ: ฟาเรนไฮต์, Reaumur, Rankin, Newton, Roemer มีราคาการแบ่งส่วนที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น มาตราส่วน Reaumur นั้นสร้างขึ้นจากจุดอ้างอิงของการเดือดและการแช่แข็งของน้ำ แต่มี 80 ส่วน มาตราส่วนฟาเรนไฮต์ซึ่งปรากฏในปี 1724 ใช้ในชีวิตประจำวันเฉพาะในบางประเทศของโลกรวมถึงสหรัฐอเมริกาด้วย อันหนึ่งคืออุณหภูมิของส่วนผสมของน้ำแข็งกับแอมโมเนีย และอีกอันคือ ร่างกายมนุษย์- มาตราส่วนแบ่งออกเป็นหนึ่งร้อยแผนก ศูนย์เซลเซียสสอดคล้องกับ 32 การแปลงองศาเป็นฟาเรนไฮต์สามารถทำได้โดยใช้สูตร: F = 1.8 C + 32 การแปลงแบบย้อนกลับ: C = (F - 32)/1.8 โดยที่: F - องศาฟาเรนไฮต์ C - องศาเซลเซียส หากคุณขี้เกียจเกินกว่าจะนับ ให้ไปที่บริการออนไลน์สำหรับการแปลงเซลเซียสเป็นฟาเรนไฮต์ ในกล่อง ให้ระบุจำนวนองศาเซลเซียส คลิก "คำนวณ" เลือก "ฟาเรนไฮต์" แล้วคลิก "เริ่ม" ผลลัพธ์ก็จะปรากฏทันที
ตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ (หรืออย่างสก็อตแลนด์) William J. Rankin ผู้ร่วมสมัยกับเคลวินและเป็นหนึ่งในผู้สร้างอุณหพลศาสตร์ทางเทคนิค ในระดับของเขา จุดสำคัญสาม: จุดเริ่มต้นเป็นศูนย์สัมบูรณ์ จุดเยือกแข็งของน้ำอยู่ที่ 491.67 องศาแรงคิน และจุดเดือดของน้ำอยู่ที่ 671.67 องศา จำนวนการแบ่งระหว่างการแช่แข็งของน้ำและการเดือดของน้ำแรงคินและฟาเรนไฮต์คือ 180
เครื่องชั่งเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้โดยนักฟิสิกส์เท่านั้น และ 40% ของนักเรียนมัธยมปลายชาวอเมริกันที่สำรวจในวันนี้ กล่าวว่า พวกเขาไม่รู้ว่าอุณหภูมิสัมบูรณ์เป็นศูนย์คืออะไร
ใดๆ ร่างกายรวมทั้งวัตถุทั้งปวงในจักรวาลก็มี ตัวบ่งชี้ขั้นต่ำอุณหภูมิหรือขีดจำกัดของมัน สำหรับจุดอ้างอิงใดๆ ระดับอุณหภูมิและเป็นเรื่องปกติที่จะต้องพิจารณาค่าของอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ แต่นี่เป็นเพียงในทางทฤษฎีเท่านั้น การเคลื่อนไหวที่วุ่นวายของอะตอมและโมเลกุลซึ่งทำให้พลังงานหมดในเวลานี้ยังไม่ได้หยุดในทางปฏิบัติ
นี่คือสาเหตุหลักที่ทำให้อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์ไม่สามารถเข้าถึงได้ ยังคงมีการอภิปรายเกี่ยวกับผลที่ตามมาของกระบวนการนี้ จากมุมมองของอุณหพลศาสตร์ ขีดจำกัดนี้ไม่สามารถบรรลุได้ เนื่องจากการเคลื่อนที่ทางความร้อนของอะตอมและโมเลกุลหยุดลงอย่างสมบูรณ์ และเกิดโครงตาข่ายคริสตัลขึ้น
ผู้แทน ฟิสิกส์ควอนตัมจัดให้มีการแกว่งเป็นศูนย์ขั้นต่ำที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์
ค่าของอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์คืออะไร และเหตุใดจึงไม่สามารถทำได้
บน การประชุมใหญ่สามัญตามน้ำหนักและการวัด จุดอ้างอิงหรือจุดอ้างอิงถูกสร้างขึ้นเป็นครั้งแรก เครื่องมือวัดซึ่งกำหนดตัวบ่งชี้อุณหภูมิ
ในปัจจุบัน ในระบบหน่วยสากล จุดอ้างอิงสำหรับมาตราส่วนเซลเซียสคือ 0°C สำหรับการแช่แข็ง และ 100°C สำหรับการเดือด ค่าของอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์จะเท่ากับ −273.15°C
โดยใช้ค่าอุณหภูมิตามสเกลเคลวินเช่นเดียวกัน ระบบสากลหน่วยการวัด น้ำเดือดจะเกิดขึ้นที่ค่าอ้างอิง 99.975°C ศูนย์สัมบูรณ์เท่ากับ 0 องศาฟาเรนไฮต์ตามมาตราส่วนสอดคล้องกับ -459.67 องศา
แต่หากได้รับข้อมูลเหล่านี้แล้ว เหตุใดจึงเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติที่จะบรรลุอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์? เพื่อการเปรียบเทียบ เราสามารถใช้ความเร็วแสงที่รู้จักกันดี ซึ่งเท่ากับค่าทางกายภาพคงที่ที่ 1,079,252,848.8 กม./ชม.
อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถบรรลุคุณค่านี้ได้ในทางปฏิบัติ ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นในการส่ง สภาวะ และการดูดกลืนแสงที่ต้องการ ปริมาณมากอนุภาคพลังงาน เพื่อให้ได้ค่าอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ จำเป็นต้องมีพลังงานส่งออกจำนวนมาก และไม่มีแหล่งที่มาเพื่อป้องกันไม่ให้เข้าสู่อะตอมและโมเลกุล
แต่แม้ในสภาวะสุญญากาศโดยสมบูรณ์ นักวิทยาศาสตร์ก็ไม่สามารถรับความเร็วแสงหรืออุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ได้
เหตุใดจึงเป็นไปได้ที่จะมีอุณหภูมิประมาณศูนย์ แต่ไม่ใช่ศูนย์สัมบูรณ์?
จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อวิทยาศาสตร์สามารถเข้าใกล้อุณหภูมิที่ต่ำมากของศูนย์สัมบูรณ์ได้ เหลือเพียงทฤษฎีอุณหพลศาสตร์และฟิสิกส์ควอนตัมเท่านั้น อะไรคือสาเหตุที่ทำให้อุณหภูมิเป็นศูนย์สัมบูรณ์ไม่สามารถทำได้ในทางปฏิบัติ
ความพยายามที่ทราบทั้งหมดในการทำให้สารเย็นลงถึงขีดจำกัดต่ำสุดเนื่องจากการสูญเสียพลังงานสูงสุดส่งผลให้ความจุความร้อนของสารถึงค่าต่ำสุดเช่นกัน โมเลกุลไม่สามารถละทิ้งพลังงานที่เหลืออยู่ได้อีกต่อไป เป็นผลให้กระบวนการทำความเย็นหยุดลงโดยไม่ถึงศูนย์สัมบูรณ์
เมื่อศึกษาพฤติกรรมของโลหะภายใต้สภาวะที่ใกล้กับอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ นักวิทยาศาสตร์พบว่าอุณหภูมิที่ลดลงสูงสุดควรกระตุ้นให้เกิดการสูญเสียความต้านทาน
แต่การหยุดการเคลื่อนที่ของอะตอมและโมเลกุลเพียงนำไปสู่การก่อตัวของโครงตาข่ายคริสตัลซึ่งอิเล็กตรอนที่ผ่านจะถ่ายโอนพลังงานส่วนหนึ่งไปยังอะตอมที่นิ่ง มันเป็นไปไม่ได้อีกครั้งที่จะไปถึงศูนย์สัมบูรณ์
ในปี พ.ศ. 2546 อุณหภูมิยังต่ำกว่าศูนย์สัมบูรณ์เพียงครึ่งพันล้านเท่านั้น นักวิจัยของ NASA ใช้โมเลกุล Na เพื่อทำการทดลอง ซึ่งมักจะอยู่ในสนามแม่เหล็กและปล่อยพลังงานออกมา
ความสำเร็จที่ใกล้เคียงที่สุดเกิดขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเยล ซึ่งในปี 2014 บรรลุเป้าหมายได้ 0.0025 เคลวิน ผลลัพธ์ที่ได้คือสารประกอบสตรอนเทียม โมโนฟลูออไรด์ (SrF) อยู่ได้เพียง 2.5 วินาที และสุดท้ายก็ยังสลายตัวเป็นอะตอม