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10 Wissenswertes zur Temperatur
Die Temperatur ist eine der grundlegenden Messungen in der Physik und für alle Arten von Leben unerlässlich. Bei extrem hohen und extrem niedrigen Temperaturen können die Dinge jedoch sehr seltsam werden - wie Sie sehen werden. Hier eine Liste von zehn interessanten Fakten zu diesem wichtigen Faktor in unserer Welt:
10Die heißeste künstliche Temperatur
Die heißeste von Menschen gemachte Temperatur, die je gemessen wurde, beträgt 7,2 Billionen Grad Fahrenheit oder etwa vier Milliarden Grad Celsius. Da wir hoffen, die Verwendung von Superlativen in dieser Liste zu minimieren, sagen wir einfach: Das ist ziemlich heiß. Tatsächlich ist es etwa 250.000 Mal heißer als die Temperatur im Herzen der Sonne. Die extreme Aufnahme wurde im Brookhaven Natural Laboratory in New York in ihrem 2,4 Kilometer langen Relativistic Heavy Ion Collider gemacht. Die Wissenschaftler hatten Goldionen zusammengeschlagen, um durch das Erzeugen eines Quark-Gluon-Plasmas großartige Bedingungen zu erzeugen. In diesem Plasmazustand brechen die Teilchen, aus denen der Kern der Atome besteht, Protonen und Neutronen, auseinander und bilden eine "Suppe" ihrer konstituierenden Quarks.
9 Licht macht tolle Sachen, wenn es gekühlt wird
Das Bose-Einstein-Kondensat wurde bereits erwähnt. Es ist ein Phänomen, das einen Bruchteil eines Grades über dem absoluten Nullpunkt darstellt. Obwohl sie bisher nur bei diesen extrem kalten Temperaturen beobachtet wurden, konnten die Wissenschaftler die Wirkung bei Raumtemperatur nachweisen, indem sie Licht anstelle von Materie verwenden.
Dies gelang wegen der relativen Dichte der Materie und des Lichts; Einer der beteiligten Wissenschaftler, Jan Klars, erklärte: „Unser Photonengas hat eine Milliardenfach höhere Dichte, und wir können die Kondensation bereits bei Raumtemperatur erreichen.“ Sie zwangen Licht, durch zwei Spiegel mit Farbstoffpartikeln zu wandern. Als das Licht hin und her sprang, verlor es bei jedem Durchgang durch etwas Farbstoff etwas Energie. Und als es Raumtemperatur erreichte, verhielt sich das Licht effektiv wie ein ultrakaltes Gas aus traditioneller Materie. Dieses Ergebnis erhält eine ganz neue Bedeutung, wenn wir erfahren, dass es zu neuen Lasertypen führen könnte - was letztendlich das Ziel jeder Physikforschung sein sollte.
Extreme Temperaturen des Sonnensystems
Einige von Ihnen sind vielleicht bereits mit den folgenden Vergleichen vertraut - aber nehmen Sie sich einen Moment Zeit, um darüber nachzudenken, was sie wirklich bedeuten, im Verhältnis zu den normalen Temperaturen der menschlichen Erfahrung. Die Sonne - eine Untertreibung aus einem früheren Eintrag zu leihen - ist ziemlich heiß. Am heißesten ist es im Zentrum, das rund siebenundzwanzig Millionen Fahrenheit (fünfzehn Millionen Kelvin) erreicht. Im Vergleich dazu sind es an der Oberfläche weniger als zehntausend Grad Celsius (etwa 5.700 K).
Der Mittelpunkt der Erde befindet sich ungefähr auf der gleichen Temperatur wie die Oberfläche der Sonne. Abgesehen von der Sonnenmitte ist der heißeste Teil unseres Sonnensystems der Kern von Jupiter, der bemerkenswerterweise fünfmal heißer ist als die Sonnenoberfläche.
Und der kälteste bekannte Ort? Das ist eigentlich auf unserem eigenen Mond, wo die Temperaturen in den Schatten einiger Krater nur dreißig Kelvin über dem absoluten Nullpunkt liegen. Die vom NASA Lunar Reconnaissance Orbiter gemessenen Temperaturen sind sogar noch kälter als auf Pluto.
7 Dreifache Punkte
Die SI-Einheit der Temperatur ist der Kelvin. Die zur Definition verwendeten Temperaturen sind der absolute Nullpunkt - die unterste Temperaturgrenze - und der sogenannte Tripelpunkt von Wasser. Ein Tripelpunkt ist definiert als die Temperatur, bei der die drei Stoffzustände eines Stoffes im Gleichgewicht liegen. An diesem Punkt kann die unendlich kleinste Änderung der Temperatur oder des Drucks verwendet werden, um seinen Zustand auf die eine oder andere Weise zu ändern.
Um einen Kelvin zu definieren, nehmen Sie die Temperaturdifferenz zwischen dem Tripelpunkt von Wasser und dem absoluten Nullpunkt und dividieren Sie ihn durch 273,16. Es gibt begrenzte praktische Anwendungen für den Tripelpunkt von Wasser, aber seine Nähe zum Schmelzpunkt ist der Schlüssel, um das wässrige Kissen zu bewirken, das zum Schlittschuhlaufen der Menschen erforderlich ist.
6Wissenschaftler vernachlässigten es
Die Naturregeln, die die Temperatur bestimmen, sind als Gesetze der Thermodynamik bekannt. Ursprünglich gab es nur ein erstes, ein zweites und ein drittes Gesetz - aber dann hatten die Wissenschaftler ein viertes Gesetz. Das neueste Gesetz besagt, dass "wenn zwei Systeme jeweils mit einem dritten System im thermischen Gleichgewicht sind, sie sich auch im thermischen Gleichgewicht befinden."
Das bedeutet im Wesentlichen, dass wenn zwei Objekte keinen Netto-Wärmeaustausch mit einem dritten Objekt haben, sie dies nicht miteinander tun würden. So definieren wir sie als gleich temperiert.
Die Wissenschaftler erkannten bald, dass dieses Gesetz für die gesamte Thermodynamik von grundlegender Bedeutung ist. Sie erkannten auch, dass es die erste Regel gewesen sein sollte, die sie formulierten. Da das „erste Gesetz“ bereits verabschiedet wurde, gaben sie ihm den gebührenden Respekt, indem sie es das „nullte Gesetz“ nannten. Es war um das Jahr 1935, als das Gesetz geprägt wurde - das bedeutete, dass Wissenschaftler erst nach ein paar hundert Jahren der Entwicklung des Feldes formal definieren konnten, welche Temperatur dies bedeutete.
Einige Menschen haben ihre Häuser an den unwahrscheinlichsten Orten errichtet. Die kältesten dauerhaft bewohnten Orte der Welt sind die Städte Oymyakon und Werchojansk in Sibirien, die wir bereits erwähnt haben. Im Winter liegen die Temperaturen im Durchschnitt unter minus fünfzig Grad Fahrenheit.
Die kälteste Stadt der Welt ist auch in Sibirien. Jakutsk ist mit 270.000 Einwohnern im Winter nicht viel wärmer als seine kleineren Cousins, die oft unter minus vierzig Grad Fahrenheit fallen. Im Hochsommer können die Temperaturen jedoch bis zum anderen Ende der Skala auf fast 90 Grad Fahrenheit schwanken.
Die höchste gemessene Durchschnittstemperatur gehört der verlassenen Stadt Dallol in Äthiopien, die in den 1960er Jahren eine Durchschnittstemperatur von sechsundneunzig Grad aufwies. Der Rekord für die heißeste Stadt ist Bangkok, mit durchschnittlichen Lufttemperaturen zwischen dreiundneunzig Grad zwischen März und Mai.
Der Rekord für den heißesten Arbeitsplatz geht wahrscheinlich auf die Mponeng Goldmine in Südafrika. Bei zwei Meilen unter der Oberfläche können Felsentemperaturen 150 Grad Fahrenheit erreichen. Eis muss in die Mine gepumpt und die Wände mit Beton isoliert werden, damit die Menschen dort arbeiten können, ohne zu sterben.
4Kälteste künstliche Temperatur
Es hat viele interessante und wichtige Ergebnisse in der Wissenschaft gebracht. Menschen machen die kältesten bekannten Dinge im Universum, viele Größenordnungen kälter als alles, was natürlich vorkommt. Durch die Kühlung können Temperaturen von einigen Millikelvin erreicht werden. Die kälteste Temperatur, die jemals erreicht wurde, liegt etwas unter einhundert PicoKelvins oder 0,0000000001 K. Es ist notwendig, eine Art magnetischer Kühlung zu verwenden, um so niedrige Temperaturen zu erreichen. Ähnliche Temperaturen können mit Lasern im kleinen Maßstab erreicht werden.
Bei diesen Temperaturen verhält sich die Materie anders als normalerweise (siehe Bose-Einstein-Kondensat oben) - eine Tatsache, die für das Aufdecken der vielen merkwürdigen Quantenmechanismen der Quantenmechanik entscheidend ist.
3 Das Universum wird kälter
Wenn Sie ein Thermometer in den Weltraum mitnehmen und es dort lassen, weit weg von jeglichen Strahlungsquellen, würde es 2,73 Kelvin anzeigen - etwas weniger als minus 454 Grad Fahrenheit. Dies ist die kälteste natürlich vorkommende Temperatur im Universum.
Der Raum wird durch die vom Urknall zurückgelassene Hintergrundstrahlung oberhalb des absoluten Nullpunkts gehalten. Obwohl der Weltraum dennoch sehr kalt ist, ist es interessant zu wissen, dass eines der größten Probleme von Astronauten tatsächlich die Wärme ist. Bloßes Metall auf umkreisenden Objekten kann aufgrund der ungehinderten Sonnenwärme 260 Grad Celsius erreichen und muss mit speziellen Beschichtungen abgedeckt werden, um die Berührungstemperatur auf „nur 250 Grad Fahrenheit“ (120 ° C) zu senken.
Der Weltraum selbst wird jedoch immer kühler. Die Theorie hat dies lange vorausgesagt, und jüngste Messungen haben bestätigt, dass sich das Universum alle drei Milliarden Jahre um etwa einen Grad abkühlt.
Es geht weiter in Richtung absoluten Nullpunkt, obwohl es nie ganz erreicht wird (eine unmögliche Leistung). Die Hintergrundhitze des Universums macht für uns wenig aus; die Wirkung von Himmelskörpern in unserem Sonnensystem und der Galaxie Zwerg es. Es wird also der globalen Erwärmung nicht entgegenwirken, falls jemand Ideen hat.
2Kalorische Theorie
Wärme ist eine mechanische Eigenschaft der Materie. Einfach gesagt: Je heißer ein Ding ist, desto mehr Energie haben seine Teilchen, wenn sie sich bewegen. Die Atome in einem glühenden Feststoff schwingen schneller als die Atome in einem kalten Materialstück. Ebenso schwirren diejenigen in einer Flüssigkeit oder in einem Gas mit einer Geschwindigkeit, die davon abhängt, wie heiß sie sind. Das ist ziemlich grundlegendes Material, das Sie wahrscheinlich in der High School gelernt haben - aber Hunderte von Jahren bis Ende des 19. Jahrhunderts glaubten die Wissenschaftler, dass Wärme an sich tatsächlich eine Substanz ist. Dies ist als Kalorientheorie bekannt.
Die Wissenschaftler glaubten, dass das Gas von „Wärme“ aus einer heißen Substanz verdampfen und sie dadurch abkühlen würde. Es würde von einem heißen Objekt in ein kühleres fließen. Viele der aus der Kalorientheorie resultierenden Vorhersagen gelten tatsächlich als zutreffend, und trotz dieses grundlegenden Missverständnisses war ein großer wissenschaftlicher Fortschritt möglich. Die kalorische Theorie hatte sogar bis zum späten neunzehnten Jahrhundert Befürworter, woraufhin die mechanische Theorie der Wärme unbestritten war.
1 Die Planck-Temperatur
Diese Liste hat viele Erwähnungen der absoluten Null gemacht. Wir haben es sogar schon vorher auf Listverse erwähnt. Aber was ist mit dem anderen Ende der Skala? Wie heiß können die Dinge werden? Die kurze Antwort ist, dass wir nicht sicher wissen; und es ist eine Frage an der Spitze der modernen Grundphysik.
Die heißeste Temperatur, die allgemein in der Wissenschaft erwähnt wird, ist als die Planck-Temperatur bekannt. Es ist die heißeste Temperatur, von der man annimmt, dass sie im Universum aufgetreten ist, ein Bruchteil eines Augenblicks nach dem Urknall. Es geht um 10 ^ 32 Kelvin. Um Ihnen eine gewisse Perspektive zu geben, ist das etwa zehn Milliarden Milliarden Mal heißer als die zuvor erwähnte Temperatur, die selbst 250.000 Mal heißer war als der Kern der Sonne. Und Sie dachten, Ihr Badewasser sei heiß. Die Planck-Temperatur ist die höchstmögliche Temperatur gemäß dem Standardmodell. Alle heißeren und konventionellen Gesetze der Physik beginnen zu brechen.
Es ist möglich, dass die Temperatur auch nach diesem Punkt weiter ansteigt. und wir wissen einfach nicht, was passieren würde, wenn es so wäre. Alles, was heißer ist, ist grundsätzlich zu heiß, um in unserem aktuellen Realitätsmodell zu existieren.