Perchè lo Zero Assoluto è proprio -273.15 °C? Ecco la risposta...

[aleceppi]

Tutti sanno che:

a) 0 K = -273.15°C

b) Lo zero assoluto è la temperatura più bassa che teoricamente si possa ottenere in qualsiasi sistema macroscopico. Si può mostrare con le leggi della termodinamica che la temperatura non può mai essere esattamente pari allo zero assoluto, anche se è possibile raggiungere temperature arbitrariamente vicine ad esso. Allo zero assoluto le molecole e gli atomi di un sistema sono tutte allo stato fondamentale (ovvero il più basso livello di energia possibile) e il sistema ha il minor quantitativo possibile di energia cinetica permesso dalle leggi della fisica. Questa energia minima corrisponde all'energia di punto zero, prevista dalla meccanica quantistica per tutti i sistemi che abbiano un potenziale confinante.

Pochi sanno che:

c) A temperature molto basse, prossime allo zero assoluto, la materia esibisce molte proprietà inusuali, quali la superconduttività, la superfluidità e la condensazione di Bose-Einstein. Per poter studiare tali fenomeni, gli scienziati hanno elaborato metodi per ottenere temperature sempre più basse. Al 2005, la temperatura più bassa mai ottenuta è stata di 450 pK, o 4,5×10−10 K, conseguita da Wolfgang Ketterle e colleghi al Massachusetts Institute of Technology. La nebulosa boomerang è stata recentemente scoperta come il posto più freddo conosciuto, al di fuori dei laboratori, con una temperatura di soli −272 °C (1 K). La nebulosa è a 5.000 anni luce dalla Terra (nella costellazione del Centauro).
L'impossibilità di raggiungere lo zero assoluto è una conseguenza del secondo principio della termodinamica, che normalmente è espresso come la proprietà dell'entropia di un sistema chiuso di non poter mai diminuire. Allo zero assoluto lo stato di disordine molecolare (misurato dall'entropia del sistema) raggiunge il suo valore minimo.

Per rispondere a una domanda che mi è stata posta in classe dagli alunni ovvero perchè proprio queste cinque cifre -273.15??? e alla quale non ricordavo la risposta, mi sono documentato. Wikipedia e google in questi casi aiutano.



La risposta è molto semplice, ma sinceramente non me la ricordavo (Chimica Inorganica risale a 8 anni fa)




Orbene...



d) Il kelvin è definito come 1/273,16 della temperatura termodinamica del punto triplo dell'acqua.


e) Per "temperatura termodinamica del punto triplo dell'acqua" si intende la differenza di temperatura fra lo zero assoluto (pari a -273,15 °C) e il punto triplo dell'acqua (0,01 °C). Lo zero della scala kelvin è lo zero assoluto di temperatura.

f) Bisogna ricorrere alla prima legge di Guy-Lussac



Indicando con V0 il volume del gas alla temperatura di 0°C e con V(T) il volume ad una temperatura T>0, questa legge è espressa matematicamente dalla relazione
con T in °C.
Il parametro α è detto coefficiente di espansione dei gas e vale per tutti i gas circa 3.663 · 10-3 °C -1, pari a circa 1/273 °C -1. (Le dimensioni di α sono °C -1 perché il prodotto α T deve essere adimensionale).
α rappresenta quindi l'aumento di volume subito da un volume unitario di gas quando la sua temperatura aumenta di 1°C. Ad esempio, se la temperatura del gas aumenta da 0 a 100°C, il volume del gas a 100°C è V(100) = V0(1+0.3663) =1.3663 V0; il volume del gas aumenta cioè del 36% circa.
Se la temperatura viene ridotta a valori inferiori a 0°C, allora il volume V(T) viene proporzionalmente ridotto; l'equazione prevede che il volume V si annulli in corrispondenza di una temperatura T=-1/α= -273.15 °C. Tale temperatura è detta zero assoluto.
Ciò vale a dire che quando la temperatura è uguale a -273°C (0 K) si ha che il volume diventa 0, dunque se ipotizzassimo temperature inferiori a -273 avremmo dei volumi con valore negativo, senza alcun significato.





P.S.
Amo la scienza!

[Lorenzo Catania]

Sottolineo il fatto che il Grado Kelvin è una unità di misura fisica vera e propria (come il kg, il metro, il litro), mentre la Scala Celsius, che noi adottiamo normalmente, è, appunto .... una scala! Cioé, non si tratta di una unità di misura, ma di un qualcosa di artificioso che ci siamo inventati per riferire alcuni fenomeni fisici particolari (ebollizione, congelamento) a valori ben precisi.

Insomma, la cosa più corretta da fare sarebbe quella di usare SEMPRE il grado Kelvin

[Gio]

Sottolineo il fatto che il Grado Kelvin è una unità di misura fisica vera e propria (come il kg, il metro, il litro), mentre la Scala Celsius, che noi adottiamo normalmente, è, appunto .... una scala! Cioé, non si tratta di una unità di misura, ma di un qualcosa di artificioso che ci siamo inventati per riferire alcuni fenomeni fisici particolari (ebollizione, congelamento) a valori ben precisi.

Insomma, la cosa più corretta da fare sarebbe quella di usare SEMPRE il grado Kelvin

Il kelvin.

[Lorenzo Catania]

Il kelvin.

Giusta sottolineatura, ma l'ho scritto solo per essere più diretto anche con chi non è dentro la materia

[Thomyorke]

grandioso!!Io adoro la termodinamica, è creativa, va oltre il principio di non contraddizione..
amo l'entropia!!

[Gio]

Giusta sottolineatura, ma l'ho scritto solo per essere più diretto anche con chi non è dentro la materia

[Aliseo]

Sottolineo il fatto che il Grado Kelvin è una unità di misura fisica vera e propria (come il kg, il metro, il litro), mentre la Scala Celsius, che noi adottiamo normalmente, è, appunto .... una scala! Cioé, non si tratta di una unità di misura, ma di un qualcosa di artificioso che ci siamo inventati per riferire alcuni fenomeni fisici particolari (ebollizione, congelamento) a valori ben precisi.

Insomma, la cosa più corretta da fare sarebbe quella di usare SEMPRE il grado Kelvin

Un pò come la magnitudo dei terremoti?

[Lorenzo Catania]

Un pò come la magnitudo dei terremoti?

Non proprio: in realtà nemmeno la Magnitudo è una unità di misura, ma serve a stimare l'energia in gioco durante il terremoto. Quindi la vera unità di misura per "misurare" un terremoto sarà il Joule
Si può comunque ricollegare una certa magnitudo ad una certa quantità d'energia in Joule, anche se solo attraverso formule di tipo diverso, adattabili al tipo di terreno, al tipo di tracciato sul sismografo, alla oscillazione del terreno, ecc, ecc.... quindi non proprio "esatte"

[Lioz]

ma tanto nevica anche con temperature più alte...

[Alpicentrali]

ma tanto nevica anche con temperature più alte...