nauki ścisłe
Autor: Lee Bilings | dodano: 2013-10-23
Idealny kelwin

Coraz gorętsze dyskusje o temperaturze absolutnej. 

Najdokładniejszy ze znanych we Wszechświecie termometrów ani trochę nie przypomina znanego nam przedmiotu. To pokaźny miedziany baniak wielkości dużego melona napełniony ultraczystym argonem i naszpikowany mikrofonami oraz antenami na zakres mikrofalowy. Ale pomiary temperatury to nie jest główne zadanie tego dziwacznego gadżetu, który zbudowano w National Physical Laboratory w Teddington w Wielkiej Brytanii. Ten i wiele podobnych przyrządów ma pomóc naukowcom w zrewidowaniu koncepcji temperatury i opisaniu jej w języku najbardziej elementarnych pojęć fizycznych.

Celem jest powiązanie temperatury z energią za pomocą stałej fizycznej. Dziś podstawowa jednostka temperatury, kelwin, jest zdefiniowana z wykorzystaniem właściwości fizycznych wody, a badacze chcieliby, aby podobnie jak inne jednostki, uwolnić ją od kaprysów makroświata. W zdefiniowaniu sekundy posłużono się drganiami atomu cezu; metr został powiązany z prędkością światła w próżni. „Niedorzeczne jest, aby kelwin nie wyrażał bezpośredniej zależności między temperaturą a energią” – wyjaśnia Michael de Podesta, szef zespołu badaczy.

Urządzenie skonstruowane w NPL mierzy stałą Boltzmanna, która wiąże zmiany energii ze zmianami temperatury. Zespół, którym kieruje de Podesta, oraz jego konkurenci chcieliby wyznaczyć tę stałą z dostateczną dokładnością, aby związać kelwin z określoną energią w dżulach.

Nowy termometr to pod względem technicznym „rezonator akustyczny”, który zaczyna „dzwonić”, kiedy wzbudzamy w nim drgania o pewnych częstotliwościach. Badając rezonans za pomocą mikrofonów, uczeni potrafią wyznaczyć prędkość dźwięku w wypełnionym gazem zbiorniku, a tym samym średnią prędkość atomów argonu, czyli ich energię kinetyczną. W lipcu de Podesta i jego zespół opublikowali w czasopiśmie Metrologia najdokładniejsze dotychczas wyniki pomiaru stałej Boltzmanna. Obowiązująca obecnie definicja kelwina odwołuje się do przemian fazowych wody. Jej podstawą jest tzw. punkt potrójny, w którym, w temperaturze 273,16 kelwinów, może współistnieć woda w postaci lodu, cieczy i pary. W 1954 roku na mocy międzynarodowego porozumienia przyjęto, że kelwin to 1/273,16 temperatury punktu potrójnego wody.

Definicja z 1954 roku na ogół wystarcza, ale załamuje się w przypadku ekstremalnie wysokich temperatur, jakie spotykamy we wnętrzu gwiazd. „To dlatego, że ludzie zaczęli mierzyć temperaturę na długo przedtem, nim zrozumieli, co ona oznacza, zanim jeszcze odkryli, że chodzi o ruch atomów i cząsteczek – wyjaśnia de Podesta. – Teraz, kiedy nasza wiedza jest pełniejsza i mamy możliwość naprawić dawne błędy, powinniśmy to zrobić.”

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 11/2013 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
11/2017
10/2017 - specjalny
Kalendarium
Listopad
20
W 1985 r. Microsoft zaprezentował system operacyjny Windows 1.0.
Warto przeczytać
Historia Polski pełna jest mitów, półprawd, przemilczeń i niedomówień. Różne jej wątki bywały w ciągu wieków retuszowane, poprawiane i wygładzane, by w końcu przybrać postać miłej dla ucha opowieści – stawały się narodowymi mitami.

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Lee Bilings | dodano: 2013-10-23
Idealny kelwin

Coraz gorętsze dyskusje o temperaturze absolutnej. 

Najdokładniejszy ze znanych we Wszechświecie termometrów ani trochę nie przypomina znanego nam przedmiotu. To pokaźny miedziany baniak wielkości dużego melona napełniony ultraczystym argonem i naszpikowany mikrofonami oraz antenami na zakres mikrofalowy. Ale pomiary temperatury to nie jest główne zadanie tego dziwacznego gadżetu, który zbudowano w National Physical Laboratory w Teddington w Wielkiej Brytanii. Ten i wiele podobnych przyrządów ma pomóc naukowcom w zrewidowaniu koncepcji temperatury i opisaniu jej w języku najbardziej elementarnych pojęć fizycznych.

Celem jest powiązanie temperatury z energią za pomocą stałej fizycznej. Dziś podstawowa jednostka temperatury, kelwin, jest zdefiniowana z wykorzystaniem właściwości fizycznych wody, a badacze chcieliby, aby podobnie jak inne jednostki, uwolnić ją od kaprysów makroświata. W zdefiniowaniu sekundy posłużono się drganiami atomu cezu; metr został powiązany z prędkością światła w próżni. „Niedorzeczne jest, aby kelwin nie wyrażał bezpośredniej zależności między temperaturą a energią” – wyjaśnia Michael de Podesta, szef zespołu badaczy.

Urządzenie skonstruowane w NPL mierzy stałą Boltzmanna, która wiąże zmiany energii ze zmianami temperatury. Zespół, którym kieruje de Podesta, oraz jego konkurenci chcieliby wyznaczyć tę stałą z dostateczną dokładnością, aby związać kelwin z określoną energią w dżulach.

Nowy termometr to pod względem technicznym „rezonator akustyczny”, który zaczyna „dzwonić”, kiedy wzbudzamy w nim drgania o pewnych częstotliwościach. Badając rezonans za pomocą mikrofonów, uczeni potrafią wyznaczyć prędkość dźwięku w wypełnionym gazem zbiorniku, a tym samym średnią prędkość atomów argonu, czyli ich energię kinetyczną. W lipcu de Podesta i jego zespół opublikowali w czasopiśmie Metrologia najdokładniejsze dotychczas wyniki pomiaru stałej Boltzmanna. Obowiązująca obecnie definicja kelwina odwołuje się do przemian fazowych wody. Jej podstawą jest tzw. punkt potrójny, w którym, w temperaturze 273,16 kelwinów, może współistnieć woda w postaci lodu, cieczy i pary. W 1954 roku na mocy międzynarodowego porozumienia przyjęto, że kelwin to 1/273,16 temperatury punktu potrójnego wody.

Definicja z 1954 roku na ogół wystarcza, ale załamuje się w przypadku ekstremalnie wysokich temperatur, jakie spotykamy we wnętrzu gwiazd. „To dlatego, że ludzie zaczęli mierzyć temperaturę na długo przedtem, nim zrozumieli, co ona oznacza, zanim jeszcze odkryli, że chodzi o ruch atomów i cząsteczek – wyjaśnia de Podesta. – Teraz, kiedy nasza wiedza jest pełniejsza i mamy możliwość naprawić dawne błędy, powinniśmy to zrobić.”