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Qué es el cero absoluto

enero 7, 2019
William Thomson

En teoría, el cero absoluto se define como la temperatura más fría en el universo. Es la base de la escala Kelvin, una de las tres escalas de temperatura utilizadas en la física y la vida cotidiana. El cero absoluto corresponde a 0 grados Kelvin, escrito como 0 K, que es equivalente a -273.15 ° Celsius (o centígrados) y -459.67 ° Fahrenheit. La escala Kelvin no incluye números negativos, ni símbolos de grado.

Quién descubrió el cero absoluto

William ThomsonEl concepto de cero absoluto fue creado por el físico William Thomson y ocurre cuando un cuerpo no contiene energía alguna, y sus moléculas están paradas. El concepto de cero absoluto correspondería a la temperatura más baja existente. Hasta muy poco tiempo, se creía que el cero absoluto jamás podría alcanzarse.

Sin embargo, científicos de la universidad alemana Ludwig Maximilian fueron capaces de alcanzar y superar el cero absoluto. Esta proeza fue alcanzada con la ayuda de láseres y campos magnéticos, a través de la creación de un gas cuántico con átomos de potasio, alineados adecuadamente. De esta forma los científicos verificaron que la temperatura del gas en cuestión estaba unos grados bajo la temperatura conocida como cero absoluto.

Además de desarrollar el estudio de materiales cuánticos, ese gas se comporta como energía oscura y puede ayudar a la ciencia a comprender el origen y la evolución del universo. Con este avance, los científicos creen que es posible crear nuevas formas de materia.

Hasta muy poco tiempo la temperatura más baja verificada en toda la galaxia se encontraba en la Nebulosa de Bumerán, donde la temperatura mínima es -272º C.

La rama de la física que estudia el concepto de cero absoluto es la termodinámica, que analiza las causas y los efectos de cambios en la temperatura, presión y volumen. El cero absoluto forma parte de los principios y de las leyes de la termodinámica. Cero absoluto o cero kelvin, que se refiere al nombre de la unidad para la magnitud térmica termodinámica, utilizado para medir la temperatura absoluta de un objeto, con cero absoluto siendo 0 K.

¿Cómo sería la vida sin el cero absoluto?

El cero absoluto es un concepto científico que describe la temperatura más fría posible que puede existir. En la medición científica, la temperatura es una forma de medir la medida atómica. Esencialmente, cuanto más rápido se mueven los átomos, mayor es la temperatura. Antes de que el cero absoluto fuera reconocido como un concepto, había varias formas de medir la temperatura, pero en última instancia, no existía una comprensión científica de la temperatura.

Sin el concepto de cero absoluto, no habría una escala de Kelvin. La falta de la escala de Kelvin y el cero absoluto dificultarían la comunicación científica y la cooperación. Según las leyes de la termodinámica, no es posible alcanzar el cero absoluto, aunque los científicos se han acercado a él.

Cómo conseguir el cero absoluto

Lograr el cero absoluto. ¿Es posible construir un refrigerador que enfríe un objeto a cero absoluto? Sorprendentemente, la respuesta es no. Esto no es solo una cuestión de construir un refrigerador mejor. Hay razones teóricas por las que es imposible alcanzar una temperatura de cero absoluto. La imposibilidad de alcanzar el cero absoluto suele denominarse la tercera ley de la termodinámica. Pero, aunque prohíbe alcanzar el cero absoluto, no impide obtener temperaturas tan cercanas al cero absoluto como deseamos.

La tercera ley de la termodinámica dicta que el cero absoluto nunca se puede alcanzar. La ley establece que la entropía de un cristal perfecto es cero en el cero absoluto. Si las partículas que comprenden una sustancia no están ordenadas como un cristal perfecto, entonces su entropía no puede ser cero. Sin embargo, a cualquier temperatura por encima de cero, las imperfecciones en la red cristalina estarán presentes (inducidas por el movimiento térmico), y para eliminarlas se requiere un movimiento compensatorio, que a su vez deja un residuo de imperfección.

Cero absoluto y temperatura

La temperatura se usa para describir qué tan caliente o frío es un objeto. La temperatura de un objeto depende de la velocidad a la que oscilan sus átomos y moléculas. Aunque el cero absoluto representa oscilaciones a la velocidad más lenta a la que funcionan, el movimiento nunca se detiene por completo.

Usos de la escala Kelvin.

La escala de Kelvin es popular en aplicaciones científicas debido a la falta de números negativos. Esta escala es conveniente para registrar las temperaturas muy bajas de helio líquido y nitrógeno líquido, por ejemplo. La falta de números negativos también hace que sea más fácil calcular las diferencias entre las temperaturas, como decir que una temperatura es tres veces otra temperatura.

Otra escala de temperatura absoluta, la escala de temperatura Rankine, se usa en algunas aplicaciones de ingeniería.

Kelvin también se usa para señalar la temperatura del color y se usa normalmente en la iluminación. En una aplicación de iluminación, la temperatura Kelvin representa la temperatura del color, como blanco, azul o rojo brillante, que se relaciona con la temperatura física de un objeto.

Durante su investigación, Kelvin calentó un bloque de carbono, progresando desde una luz roja tenue, aumentando a un amarillo más brillante a medida que aumentaba la temperatura y, finalmente, un brillo azul-blanco brillante a las temperaturas más altas.

Medidas de conversión

  • Kelvin a Fahrenheit : Resta 273.15, multiplica por 1.8, luego suma 32.
  • Fahrenheit a Kelvin : Resta 32, multiplica por 5, divide por 9, luego suma 273.15.
  • Kelvin a Celsius : Añadir 273
  • Celsius a Kelvin : restar 273

Temperaturas negativas

Los físicos han demostrado que es posible tener una temperatura Kelvin negativa. Sin embargo, esto no significa que las partículas sean más frías que el cero absoluto; más bien, es una indicación de que la energía ha disminuido.

Esto se debe a que la temperatura es una cantidad termodinámica que relaciona la energía y la entropía. Cuando un sistema se acerca a su energía máxima, su energía comienza a disminuir. Esto solo ocurre en circunstancias especiales, como en los estados de casi equilibrio, donde el giro no está en equilibrio con un campo electromagnético, pero dicha actividad puede llevar a una temperatura negativa, incluso si se agrega energía.

Extrañamente, un sistema a una temperatura negativa puede considerarse más caliente que uno a una temperatura positiva. Esto se debe a que el calor se define de acuerdo con la dirección en la que fluye. Normalmente, en un mundo de temperatura positiva, el calor fluye de más caliente (como una estufa caliente) a más frío (como una habitación). El calor fluiría de un sistema negativo a un sistema positivo.

El 3 de enero de 2013, los científicos formaron un gas cuántico formado por átomos de potasio que tenían una temperatura negativa, en términos de grados de libertad de movimiento. Antes de esto (2011), Wolfgang Ketterle y su equipo demostraron la posibilidad de una temperatura absoluta negativa en un sistema magnético.

Una nueva investigación sobre temperaturas negativas revela un comportamiento misterioso adicional. Por ejemplo, Achim Rosch, un físico teórico de la Universidad de Colonia en Alemania, ha calculado que los átomos a una temperatura absoluta negativa en un campo gravitatorio podrían moverse “arriba” y no solo “abajo”. El gas bajo cero puede imitar la energía oscura, lo que obliga al universo a expandirse cada vez más rápido contra la fuerza gravitatoria interna.

Uso de la escala kelvin en la ciencia

La razón por la cual la escala de Kelvin se usa en la ciencia es que se ajusta a las ecuaciones termodinámicas, que se basan en el hecho de que el cero absoluto es de 0 grados K. Es más fácil de expresar Temperaturas muy bajas y muy altas utilizando la escala de Kelvin.

Una de las cosas interesantes sobre el cero absoluto es que la entropía (la medida del desorden en un sistema) en ese punto es cero porque cesa todo movimiento molecular. Esta es una idea teórica porque no es posible alcanzar la entropía cero. Esto se debe a que el gas se licua y luego se congela a un sólido, ambos procesos liberan energía en forma de calor. Lo que esto significa es que el gas está en su estado fundamental, o punto de menor energía y eso no es cero entropías.