10 Interessante feiten over temperatuur

Temperatuur is een van de fundamentele metingen in de natuurkunde en het is absoluut cruciaal voor alle soorten van leven. Maar bij ultrahoge en extreem lage temperaturen kunnen dingen heel raar worden, zoals je zult zien. Hier is een lijst met tien interessante feiten over deze belangrijke factor in onze wereld:

10

De heetste door de mens gemaakte temperatuur

De warmste door de mens gemaakte temperatuur die ooit is gemeten, is 7,2 biljoen graden Fahrenheit, of ongeveer vier miljard graden Celsius. Omdat we hopen het gebruik van superlatieven in deze lijst te minimaliseren, laten we zeggen: dat is best heet. In feite is het ongeveer 250.000 keer heter dan de temperatuur in de kern van de zon. De extreme opname werd gemaakt in het Brookhaven Natural Laboratory in New York, in hun 2,4 mijl lange Relativistische Heavy Ion Collider. Wetenschappers hadden goudionen samen gebroken, in een poging om big-bang-achtige omstandigheden te creëren door een quark-gluon-plasma te maken. In deze plasmatoestand breken de deeltjes waaruit de kern van de atomen bestaat - protonen en neutronen - uit elkaar en creëren ze een "soep" van hun samenstellende quarks.

9

Licht heeft geweldige dingen wanneer het wordt gekoeld

We hebben al melding gemaakt van het Bose-Einstein-condensaat. Het is een fenomeen dat zich voordoet tot op een fractie van een graad boven het absolute nulpunt. Hoewel ze eerder alleen bij deze superkoude temperaturen werden gezien, waren wetenschappers in staat om het effect bij kamertemperatuur opnieuw na te bootsen, door licht in plaats van materie te gebruiken.

Ze slaagden erin dit te doen vanwege de relatieve dichtheid van de materie en het licht; een van de betrokken wetenschappers, Jan Klars, legde uit dat "ons fotongas een miljard keer hogere dichtheid heeft en we de condensatie al bij kamertemperatuur kunnen bereiken." Ze dwongen het licht om door twee spiegels te reizen met deeltjes kleurstof ertussen. Terwijl het licht heen en weer stuiterde, verloor het elke keer een beetje kleurstof een beetje energie. En toen het kamertemperatuur bereikte, begon het licht zich effectief te gedragen als een ultrakoud gas gemaakt van traditionele materie. Dit resultaat krijgt een geheel nieuwe relevantie wanneer we leren dat dit zou kunnen leiden tot nieuwe soorten lasers - wat tenslotte het uiteindelijke doel van al het natuurkundig onderzoek zou moeten zijn.

8

Extreme temperaturen van het zonnestelsel

Sommigen van jullie zijn misschien al bekend met de volgende vergelijkingen - maar denk even na over wat ze werkelijk betekenen, in relatie tot de normale temperaturen van de menselijke ervaring. De zon - een understatement van een eerdere inzending lenen - is behoorlijk heet. Het is op zijn heetst in het centrum, dat ongeveer zevenentwintig miljoen Fahrenheit (vijftien miljoen Kelvin) bereikt. Ter vergelijking: het is eigenlijk minder dan tienduizend graden Fahrenheit aan het oppervlak (ongeveer 5.700 K).

Het centrum van de aarde staat op ongeveer dezelfde temperatuur als het oppervlak van de zon. Afgezien van het centrum van de zon, is het heetste deel van ons zonnestelsel de kern van Jupiter, dat opmerkelijk vijf keer heter is dan het oppervlak van de zon.

En de koudste bekende plaats? Dat is eigenlijk op onze eigen maan, waar de temperaturen in de schaduw van sommige kraters slechts dertig Kelvin boven het absolute nulpunt zijn. De temperaturen, gemeten door NASA's Lunar Reconnaissance Orbiter, zijn zelfs kouder dan die op Pluto.

7

Triple Points

De SI-eenheid van temperatuur is de Kelvin. De temperaturen die worden gebruikt om dit te definiëren zijn absoluut nul - de onderste limiet van temperatuur - en wat bekend staat als het tripelpunt van water. Een tripelpunt wordt gedefinieerd als de temperatuur waarmee de traditionele drie toestanden van materie van een substantie in een evenwicht bestaan. Op dit punt kan de meest oneindig kleine verandering in temperatuur of druk worden gebruikt om de toestand ervan op de een of andere manier te veranderen.

Om één Kelvin te definiëren, neem je het verschil in temperatuur tussen het tripelpunt van water en het absolute nulpunt en deel je het door 273.16. Er zijn beperkte praktische toepassingen van het tripelpunt van water, maar de nabijheid van het smeltpunt is de sleutel tot het veroorzaken van het waterige kussen dat nodig is om mensen te laten schaatsen.

6

Wetenschappers verwaarloosden het

De regels van de natuur die de temperatuur beheersen staan ​​bekend als de wetten van de thermodynamica. Oorspronkelijk was er slechts een eerste, een tweede en een derde wet - maar toen kwamen de wetenschappers met een vierde wet. De nieuwste wet stelde dat "als twee systemen elk in thermisch evenwicht zijn met een derde systeem, ze ook in thermisch evenwicht met elkaar zijn."

Dat betekent in feite dat als twee objecten geen netto warmtewisseling met een derde object hebben, ze dit niet met elkaar zouden doen - en dat is hoe we ze definiëren als dezelfde temperatuur.

Wetenschappers beseften al snel dat deze wet fundamenteel is voor het hele gebied van de thermodynamica; ze beseften ook dat dit de eerste regel was die ze formuleerden. Omdat 'eerste wet' al was aangenomen, gaven ze er de nodige respect aan door het de 'nulde wet' te noemen. Het was rond 1935 toen de wet werd bedacht, wat betekende dat wetenschappers er niet in slaagden om formeel te definiëren wat de temperatuur betekende tot een paar honderd jaar in de ontwikkeling van het veld.

5

Extreme temperaturen van menselijke bewoning

Sommige mensen hebben hun huizen op de meest onwaarschijnlijke plaatsen gevestigd. De koudste permanent bewoonde plaatsen in de wereld zijn de steden Oymyakon en Verchoyansk in Siberië, die we eerder hebben genoemd. Tijdens de winter is de gemiddelde temperatuur daar lager dan min vijftig graden Fahrenheit.

De koudste stad ter wereld is ook in Siberië. Yakutsk, met een inwoneraantal van 270.000, is in de winter niet veel warmer dan zijn kleinere neven - vaak daalt hij onder de 40 graden Fahrenheit. Maar op het hoogtepunt van de zomer kunnen de temperaturen helemaal naar het andere eind van de schaal schommelen, tot bijna negentig graden Fahrenheit.

De hoogste geregistreerde gemiddelde temperatuur behoort toe aan de verlaten stad Dallol in Ethiopië, die in de jaren zestig een gemiddelde temperatuur van zesennegentig graden noteerde. Het record voor de populairste stad is Bangkok, met gemiddelde luchttemperaturen die tussen drieënnegentig graden oprukken tussen maart en mei.

Maar het record voor de meest populaire werkplek gaat waarschijnlijk naar de goudmijn Mponeng, in Zuid-Afrika. Op twee mijl onder het oppervlak kan de temperatuur van de rotsen 150 graden Fahrenheit bereiken. Er moet ijs in de mijn worden gepompt - en de muren worden geïsoleerd met beton - zodat mensen daar kunnen werken zonder te vergaan.

4

Koudst door de mens gemaakte temperatuur

Dingen koud maken heeft heel wat interessante en belangrijke resultaten opgeleverd in de wetenschap. Mensen maken de koudste bekende dingen in het universum, vele ordes van grootte kouder dan alles dat van nature voorkomt. Bij koeling kan een temperatuur van enkele milli Kelvin worden bereikt. De koudste temperatuur ooit bereikt is iets minder dan honderd picoKelvins, of 0,0000000001 K. Het is noodzakelijk om een ​​type magnetische koeling te gebruiken om zo lage temperaturen te bereiken. Soortgelijke temperaturen kunnen op kleine schaal worden bereikt met behulp van lasers.

Bij deze temperaturen gedraagt ​​de materie zich anders dan normaal (zie Bose-Einstein-condensaat hierboven als voorbeeld) - een feit dat de sleutel is tot het onthullen van de vele vreemde eigenaardigheden van de kwantummechanica.

3

Het universum wordt kouder

Als je een thermometer in de diepe ruimte zou nemen en hem daar zou achterlaten, ver van elke stralingsbron, zou hij 2,73 Kelvin lezen - een beetje lager dan min 454 graden Fahrenheit. Dat is de koudste, van nature voorkomende temperatuur in het universum.

De ruimte wordt boven het absolute nulpunt gehouden door achtergrondstraling die overblijft na de oerknal. Hoewel de ruimte toch erg koud is, is het interessant om op te merken dat een van de grootste problemen die astronauten tegenkomen, eigenlijk hitte is. Naakt metaal op objecten in een baan kan 260 ° C (260 ° C) bereiken vanwege de onbelemmerde hitte van de zon, en moet worden bedekt met speciale coatings om de aanraaktemperatuur te verlagen tot 120 ° F.

De buitenruimte zelf wordt echter steeds koeler. Theorie heeft dit lang voorspeld en recente metingen hebben bevestigd dat het universum om de drie miljard jaar ongeveer een graad afkoelt.

Het zal blijven op weg naar het absolute nulpunt, hoewel het het nooit zal bereiken (een onmogelijke prestatie). De achtergrondwarmte van het universum maakt voor ons weinig verschil; het effect van hemellichamen in ons zonnestelsel en de melkweg doven het. Dus het gaat het broeikaseffect niet tegen, voor het geval iemand ideeën heeft.

2

Calorische theorie

Warmte is een mechanische eigenschap van materie. Simpel gezegd: hoe heter iets is, hoe meer energie de deeltjes hebben als ze zich verplaatsen. De atomen in een gloeiend hete vaste stof trillen sneller dan de atomen in een koud stuk materiaal. Evenzo, die in een vloeistof of gas zoeven met een snelheid die afhangt van hoe heet ze zijn. Dat zijn vrij basale dingen, die je waarschijnlijk op de middelbare school hebt geleerd, maar honderden jaren tot het einde van de negentiende eeuw geloofden wetenschappers dat warmte zelf eigenlijk een substantie was. Dit staat bekend als de calorische theorie.

Het gas van, Äúheat,Äù, geloofden wetenschappers, zouden uit een hete substantie verdampen en daardoor afkoelen. Het zou van een heet voorwerp in een koelere voorwerp stromen. Veel van de voorspellingen die voortkomen uit de calorische theorie kloppen eigenlijk, en ondanks dit fundamentele misverstand was veel wetenschappelijke vooruitgang mogelijk. Calorische theorie had zelfs voorstanders tot het einde van de negentiende eeuw, op welk moment de mechanische theorie van warmte buiten twijfel stond.

1

De Planck-temperatuur

Deze lijst heeft veel vermeldingen van het absolute nulpunt gemaakt. We hebben het zelfs eerder in Listverse genoemd. Maar hoe zit het met het andere eind van de schaal? Hoe heet kan het worden? Het korte antwoord is dat we het niet zeker weten; en het is een vraag in de voorhoede van de moderne fundamentele natuurkunde.

De heetste temperatuur die vaak wordt genoemd in de wetenschap staat bekend als de Planck-temperatuur. Het is de hoogste temperatuur die vermoedelijk in het universum is opgetreden, slechts een fractie van een moment na de oerknal. Het is ongeveer 10 ^ 32 Kelvin. Om je een perspectief te geven, dat is ongeveer tien miljard miljard miljard keer heter dan de eerder genoemde temperatuur, die zelf 250.000 keer heter was dan de kern van de zon. En je dacht dat je badwater warm was. De Planck-temperatuur is de hoogst mogelijke temperatuur, volgens het standaardmodel. Elke heter en conventionele natuurkundige wetten beginnen af ​​te brokkelen.

Het is mogelijk dat de temperatuur zelfs na dit punt blijft stijgen; en we weten gewoon niet wat er zou gebeuren als het dat zou doen. Alles dat heter is dan dat, is eigenlijk te heet om te bestaan ​​in ons huidige model van de werkelijkheid.