10 Interessante fakta om temperatur

Temperatur er en av de grunnleggende målingene i fysikk, og det er helt avgjørende for alle slags liv. Men ved ultrahøye og ultra lave temperaturer kan ting bli veldig rart - som du vil se. Her er en liste over ti interessante fakta om denne viktige faktoren i vår verden:

10

Den heteste menneskeskapte temperaturen

Den varmeste menneskeskapte temperaturen noensinne er registrert er 7,2 milliarder grader fahrenheit, eller om lag fire milliarder grader celsius. Siden vi håper å minimere bruken av superlativer i denne listen, la oss bare si: det er ganske varmt. Faktisk er det omtrent 250.000 ganger varmere enn temperaturen i kjernen av solen. Ekstreme opptaket ble laget på Brookhaven Natural Laboratory i New York, i sin 2,4 kilometer lange Relativistic Heavy Ion Collider. Forskere hadde slått sammen gullioner sammen, i et forsøk på å gjenopprette big bang som forhold ved å lage et kvark-gluon-plasma. I denne plasmatilstanden brytes partiklene som utgjør kjernen av atomer-protoner og nøytroner, og lager en "suppe" av deres bestanddeler.

9

Lys gjør fantastiske ting når kjøles

Vi har allerede nevnt Bose-Einstein-kondensatet. Det er et fenomen som oppstår å materie i en brøkdel av en grad over absolutt null. Selv om man først hadde sett på disse superkolde temperaturene, kunne forskerne gjenskape effekten ved romtemperatur, ved å bruke lys i stedet for materie.

De klarte å gjøre dette på grunn av den relative tettheten av saken og lyset; En av de involverte forskerne, Jan Klars, forklarte at "Vår fotongas har en milliard ganger høyere tetthet, og vi kan nå kondensasjonen allerede ved romtemperatur." De tvunget til å reise gjennom to speil med fargepartikler mellom dem. Da lyset hoppet frem og tilbake, mistet det litt energi hver gang det passerte gjennom noe fargestoff. Og da den nådde romtemperatur, begynte lyset å oppføre seg som en ultrakold gass laget av tradisjonell materie. Dette resultatet tar på seg en helt ny relevans når vi lærer at det kan føre til nye typer lasere - som jo burde være det ultimate målet for all fysikkforskning.

8

Ekstreme temperaturer i solsystemet

Noen av dere kan være kjent allerede med følgende sammenligninger - men ta et øyeblikk å tenke på hva de egentlig mener, i forhold til de normale temperaturene i menneskelig erfaring. Solen - for å låne en underdrivelse fra en tidligere oppføring - er ganske varm. Det er på sitt heteste i sentrum, som når rundt tjuefem millioner Fahrenheit (femten millioner Kelvin). Til sammenligning er det faktisk mindre enn ti tusen grader Fahrenheit på overflaten (ca. 5.700 K).

Jordens senter står på omtrent samme temperatur som solens overflate. Bortsett fra solens sentrum er den varmeste delen av solsystemet vårt kjernen til Jupiter, som bemerkelsesverdig er fem ganger varmere enn solens overflate.

Og det kaldeste kjente stedet? Det er faktisk på vår egen måne, hvor temperaturer i skyggene til noen kratere er bare 30 Kelvin over absolutt null. Temperaturene, målt av NASAs Lunar Reconnaissance Orbiter, er enda kaldere enn de på Pluto.

7

Triple Points

SI-enheten av temperatur er Kelvin. Temperaturene som brukes til å definere dette er absolutt null - den nederste grensen for temperaturen - og kjent som det tredobbelte punktet av vann. Et trippelpunkt defineres som temperaturen ved hvilken et stoffs tradisjonelle tre tilstandsstoffer eksisterer i en likevekt. På dette tidspunktet kan den mest uendelig små endringen i temperatur eller trykk brukes til å endre sin tilstand på en eller annen måte.

For å definere en Kelvin, tar du forskjellen i temperatur mellom det trippelpunktet av vann og absolutt null og deler det med 273.16. Det er begrensede praktiske anvendelser av det tredobbelte punktet av vann, men nærheten til smeltepunktet er nøkkelen til at den vannepute som trengs for å tillate folk å skøyte.

6

Forskere forsømte det

Naturregler som regulerer temperatur er kjent som Thermodynamikkloven. Opprinnelig var det bare en første, en andre og en tredje lov - men da kom forskere opp med en fjerde lov. Den nyeste loven sier at "hvis to systemer er hver i termisk likevekt med et tredje system, er de også i termisk likevekt med hverandre."

Det betyr i utgangspunktet at hvis to gjenstander ikke har en nettveksling med en tredje gjenstand, ville de ikke gjøre det med hverandre - det er hvordan vi definerer dem som værende ved samme temperatur.

Forskere innså snart at denne loven er grunnleggende for hele feltet av termodynamikk; de innså også at det burde vært den første regelen de formulerte. Fordi "første lov" allerede var tatt, ga de det med respekt ved å kalle den "nerve loven". Det var rundt 1935 da loven ble laget - noe som innebar at forskerne ikke kom seg rundt for å formelt definere hvilken temperatur som var ment til et par hundre år i utviklingen av feltet.

5

Ekstreme temperaturer for menneskelig bevingning

Noen mennesker har etablert sine hjem i de mest usannsynlige steder. De kaldeste permanent bebodde stedene i verden er byene Oymyakon og Verkhoyansk i Sibir, som vi tidligere har nevnt. Om vinteren, temperaturer der gjennomsnittlig under minus femti grader Fahrenheit.

Den kaldeste byen i verden er også i Sibir. Yakutsk, med en befolkning på 270 000, er ikke mye varmere om vinteren enn sine mindre fettere - ofte faller under minus førti grader Fahrenheit. Men på høyden av sommeren kan temperaturen svinge helt opp til den andre enden av skalaen, til nesten nitti grader Fahrenheit.

Den høyeste registrerte gjennomsnittstemperaturen tilhører den forlatte byen Dallol, i Etiopia, som registrerte en gjennomsnittstemperatur på nittiseksen grader på 1960-tallet. Rekorden for hotteste byen er Bangkok, med gjennomsnittlige lufttemperaturer som går over nittito tre grader mellom mars og mai.

Men rekorden for hotteste arbeidsplass sannsynligvis går til Mponeng gullgruve, i Sør-Afrika. På to miles under overflaten, kan fjelltemperaturen nå 150 grader Fahrenheit. Isen må pumpes inn i gruven, og veggene er isolert med betong, slik at folk kan jobbe der uten å gå fortapt.

4

Kaldeste menneskeskapte temperatur

Å gjøre ting kaldt har produsert mange interessante og viktige resultater i vitenskapen. Mennesker lager de kaldeste kjente tingene i universet, mange størrelsesordener kaldere enn alt som skjer naturlig. Kjøling gjør det mulig å oppnå temperaturer på noen milliKelvin. Den kaldeste temperaturen som er oppnådd, er litt under hundre picoKelvins, eller 0.0000000001 K. Det er nødvendig å bruke en type magnetisk kjøling for å oppnå lave temperaturer. Lignende temperaturer kan oppnås i liten skala ved hjelp av lasere.

Ved disse temperaturene oppfører saken seg annerledes enn den som det normalt gjør (se Bose-Einstein-kondensat ovenfor som et eksempel) - et faktum som er nøkkelen til å avsløre de mange ulike quirks av kvantemekanikk.

3

Universet blir koldere

Hvis du skulle ta et termometer ut i det dype rommet og la det være der langt fra noen strålingskilde, ville det lese 2,73 Kelvin-litt lavere enn minus 454 grader Fahrenheit. Det skjer for å være den kaldeste naturlig forekommende temperaturen i universet.

Plassen holdes over absolutt null ved bakgrunnsstråling igjen fra Big Bang. Selv om rommet likevel er veldig kaldt, er det interessant å merke seg at et av de største problemene astronautene opplever, er faktisk varme. Bare metall på banebrytende gjenstander kan nå fem hundre grader Fahrenheit (260 C) på grunn av solens uhindret varme, og må dekkes i spesielle belegg for å senke berørtemperaturen til Ehonly, 250 Fahrenheit (120 C).

Ytre rom selv blir imidlertid stadig kjøligere. Teorien har lenge forutsagt dette, og nyere målinger har bekreftet at universet kjøler rundt en grad hvert tredje milliarder år.

Det vil fortsette å gå mot absolutt null, men det kommer aldri til å nå det (en umulig feat). Bakgrunnsvarmen i universet gjør liten forskjell for oss; effekten av himmellegemer i vårt solsystem og galakse dverg det. Så det kommer ikke til å motvirke global oppvarming, hvis noen har ideer.

2

Caloric Theory

Varme er en mekanisk egenskap av materie. Enkelt sagt: jo varmere ting er, desto mer energi har partiklene når de beveger seg. Atomer i et rødt, varmt stoff vibrerer raskere enn atomer i et kaldt materiale. På samme måte, de i en væske eller gass whiz om med en hastighet som avhenger av hvor varmt de er. Det er ganske grunnleggende ting, som du sikkert har lært i videregående skole - men i hundrevis av år til slutten av det nittende århundre, trodde forskere at varmen selv var en substans. Dette kalles kaloritheoretikken.

Gassen til "Eheat", trodde forskere, ville fordampe fra et varmt stoff, og dermed kjøle det. Det ville strømme fra en varm gjenstand til en kjøligere. Mange av de spådommer som stammer fra kaloriteorien, holder seg sanne, og mye vitenskapelig fremgang var mulig på tross av denne grunnleggende misforståelsen. Caloric teori hadde til og med proponents fram til slutten av det nittende århundre, da det mekaniske teorien om varme ble etablert uten tvil.

1

Planck-temperaturen

Denne listen har gjort mange nevninger av absolutt null. Vi har selv nevnt det på Listverse før. Men hva med den andre enden av skalaen? Hvor varmt kan ting få? Det korte svaret er at vi ikke vet sikkert; og det er et spørsmål i forkant av moderne grunnleggende fysikk.

Den varmeste temperaturen som ofte er nevnt i vitenskapen, kalles Planck-temperaturen. Det er den heteste temperaturen som antas å ha skjedd i universet, bare en brøkdel av et øyeblikk etter Big Bang. Det handler om 10 ^ 32 Kelvin. For å gi deg et visst perspektiv, er det omtrent ti milliarder milliarder milliarder ganger varmere enn temperaturen nevnt tidligere, noe som var 250.000 ganger varmere enn kjernen til solen. Og du trodde ditt badvann var varmt. Planck-temperaturen er den høyeste temperaturen mulig, i henhold til standardmodellen. Eventuelle varmere og konvensjonelle fysikklover begynner å bryte ned.

Det er mulig at temperaturen fortsetter å øke selv etter dette punktet; og vi vet ikke hva som ville skje hvis det gjorde det. Noe varmere enn det er egentlig for varmt å eksistere i vår nåværende modell av virkeligheten.