Аливаа бие махбодь, түүний дотор Орчлон ертөнцийн бүх объектууд хамгийн бага температур эсвэл түүний хязгаартай байдаг. Аливаа температурын хуваарийн эхлэлийн цэг нь үнэмлэхүй тэг температурын утга гэж тооцогддог. Гэхдээ энэ нь зөвхөн онолын хувьд юм. Энэ үед эрч хүчээ өгч буй атом, молекулуудын эмх замбараагүй хөдөлгөөн практикт хараахан зогсоогоогүй байна.
Энэ нь үнэмлэхүй тэг температурт хүрч чадахгүй байгаа гол шалтгаан юм. Энэ үйл явцын үр дагаврын талаар маргаан байсаар байна. Термодинамикийн үүднээс атом ба молекулуудын дулааны хөдөлгөөн бүрэн зогсч, болор тор үүсдэг тул энэ хязгаарт хүрэх боломжгүй юм.
Квантын физикийн төлөөлөгчид үнэмлэхүй тэг температурт хамгийн бага тэг хэлбэлзэл байгааг төсөөлдөг.
Үнэмлэхүй тэг температурын утга гэж юу вэ, яагаад түүнд хүрч чадахгүй байна
Жин ба хэмжүүрийн ерөнхий бага хурлаар температурын үзүүлэлтийг тодорхойлдог хэмжих хэрэгслийн лавлагаа буюу лавлах цэгийг анх удаа байгуулсан.
Одоогийн байдлаар Олон улсын нэгжийн системд Цельсийн хуваарийн жишиг цэг нь хөлдөхөд 0 ° C, буцалгахад 100 ° C байна, үнэмлэхүй тэг температурын утга нь -273.15 ° C-тай тэнцүү байна.
Олон улсын нэгжийн ижил системийн дагуу Кельвин хэмжигдэхүүн дэх температурын утгыг ашигласнаар ус буцалгах нь 99.975 ° C-ийн жишиг утгаараа хийгдэх бөгөөд үнэмлэхүй тэг нь 0-тэй тэнцүү байна. Фаренгейтийн хуваарь дээр энэ үзүүлэлт -459.67 градустай тохирч байна. .
Гэхдээ эдгээр өгөгдлийг олж авсан бол яагаад практикт үнэмлэхүй тэг температурт хүрэх боломжгүй байна вэ? Харьцуулахын тулд бид 1,079,252,848.8 км / цаг тогтмол физик утгатай тэнцүү гэрлийн хурдыг авч болно.
Гэсэн хэдий ч практик дээр энэ үнэ цэнэд хүрэх боломжгүй юм. Энэ нь дамжуулах долгионы урт, нөхцөл байдал, бөөмсийн шаардлагатай их хэмжээний энерги шингээх чадвар зэргээс шалтгаална. Үнэмлэхүй тэг температурын утгыг олж авахын тулд их хэмжээний энерги гаргаж авах шаардлагатай бөгөөд атом, молекул руу орохоос сэргийлж эх үүсвэргүй байх шаардлагатай.
Гэвч бүрэн вакуум нөхцөлд ч эрдэмтэд гэрлийн хурд эсвэл үнэмлэхүй тэг температурыг олж авах боломжгүй байв.
Яагаад үнэмлэхүй тэг биш харин ойролцоогоор тэг температурт хүрэх боломжтой вэ?
Шинжлэх ухаан туйлын бага температурт үнэмлэхүй тэг хүрэхэд юу тохиолдох нь зөвхөн термодинамик ба квант физикийн онолд л үлддэг. Практикт үнэмлэхүй тэг температурт хүрч чадахгүй байгаа шалтгаан юу вэ?
Эрчим хүчний хамгийн их алдагдлын улмаас бодисыг хамгийн доод хязгаарт хөргөх бүх мэдэгдэж байсан оролдлого нь бодисын дулааны багтаамж нь мөн хамгийн бага утгад хүрэхэд хүргэсэн. Молекулууд үлдэгдэл энергийг орхиж чадахаа больсон. Үүний үр дүнд хөргөлтийн процесс үнэмлэхүй тэг хүрэхгүйгээр зогссон.
Үнэмлэхүй тэг температуртай ойролцоо нөхцөлд металлын зан төлөвийг судлахдаа эрдэмтэд температурын хамгийн их бууралт нь эсэргүүцлийн алдагдлыг өдөөх ёстойг тогтоожээ.
Гэвч атом ба молекулуудын хөдөлгөөн зогссон нь зөвхөн болор тор үүсэхэд хүргэсэн бөгөөд үүгээр дамжин өнгөрөх электронууд нь энергиийнхээ нэг хэсгийг хөдөлгөөнгүй атом руу шилжүүлдэг. Дахин үнэмлэхүй тэгт хүрэх боломжгүй болсон.
2003 онд агаарын температур үнэмлэхүй тэгээс 1 хэмээс хагас тэрбумын нэг л дутуу байлаа. НАСА-гийн судлаачид туршилт хийхдээ Na молекулыг ашигласан бөгөөд энэ нь үргэлж соронзон орон дотор байж, эрчим хүчээ өгсөн байна.
Хамгийн ойрын амжилтыг Йелийн их сургуулийн эрдэмтэд 2014 онд 0,0025 Келвин гэсэн үзүүлэлтэд хүрсэн байна. Үүссэн нэгдэл болох стронцийн монофторид (SrF) нь ердөө 2.5 секунд үргэлжилсэн. Тэгээд эцэст нь атом болон задарсан хэвээр байна.
Температур хэр бага байж болох талаар та бодож байсан уу? Үнэмлэхүй тэг гэж юу вэ? Хүн төрөлхтөн хэзээ нэгэн цагт түүнд хүрч чадах болов уу, ийм нээлтийн дараа ямар боломжууд нээгдэх вэ? Эдгээр болон бусад ижил төстэй асуултууд олон физикчид, зүгээр л сониуч хүмүүсийн оюун ухааныг удаан хугацаанд эзэлсээр ирсэн.
Үнэмлэхүй тэг гэж юу вэ
Та багаасаа физикт дургүй байсан ч температурын тухай ойлголтыг мэддэг байх. Молекулын кинетик онолын ачаар бид одоо молекул ба атомуудын хөдөлгөөний хооронд тодорхой статик холбоо байдгийг мэддэг болсон: аливаа физик биеийн температур өндөр байх тусам түүний атомууд илүү хурдан хөдөлдөг ба эсрэгээр. Асуулт гарч ирнэ: "Эхний тоосонцор газар дээрээ хөлдөх тийм доод хязгаар байдаг уу?" Эрдэмтэд энэ нь онолын хувьд боломжтой гэж үздэг термометр нь -273.15 градус байх болно; Энэ утгыг үнэмлэхүй тэг гэж нэрлэдэг. Өөрөөр хэлбэл, энэ нь бие махбодийг хөргөх боломжтой хамгийн бага хязгаар юм. Абсолют тэг нь лавлагаа цэг бөгөөд хуваарийн нэг хуваагдал нь нэг градустай тэнцүү байдаг үнэмлэхүй температурын хуваарь (Келвин хуваарь) байдаг. Хүн төрөлхтөнд асар их ирээдүйг амлаж байгаа тул дэлхийн эрдэмтэд энэхүү үнэ цэнэд хүрэхийн төлөө ажиллахаа зогсоодоггүй.
Энэ яагаад ийм чухал юм бэ
Хэт бага ба хэт өндөр температур нь хэт шингэн ба хэт дамжуулагч гэсэн ойлголттой нягт холбоотой. Хэт дамжуулагчийн цахилгаан эсэргүүцэл алга болсон нь төсөөлшгүй үр ашгийн утгыг олж авах, эрчим хүчний алдагдлыг арилгах боломжийг олгоно. Хэрэв бид "үнэмлэхүй тэг" гэсэн утгад чөлөөтэй хүрэх арга замыг олж чадвал хүн төрөлхтний олон асуудал шийдэгдэх болно. Төмөр замын дээгүүр эргэлдэж буй галт тэрэгнүүд, хөнгөн, жижиг хөдөлгүүрүүд, трансформатор ба генераторууд, өндөр нарийвчлалтай соронзон энцефалографи, өндөр нарийвчлалтай цагнууд - эдгээр нь хэт дамжуулалт бидний амьдралд юу авчирч болохыг харуулсан хэдхэн жишээ юм.
Шинжлэх ухааны хамгийн сүүлийн үеийн дэвшил
2003 оны 9-р сард MIT болон НАСА-гийн судлаачид натрийн хийг хамгийн бага хэмжээнд хүртэл хөргөж чадсан. Туршилтын явцад тэд эцсийн цэгээс (үнэмлэхүй тэг) хагас тэрбумын нэг градус дутуу байсан. Туршилтын явцад натри нь соронзон орон дээр байнга байсан бөгөөд энэ нь савны хананд хүрэхээс хамгаалдаг байв. Хэрэв температурын саадыг даван туулах боломжтой байсан бол хийн молекулын хөдөлгөөн бүрэн зогсох болно, учир нь ийм хөргөлт нь натриас бүх энергийг гаргаж авах болно. Судлаачид 2001 онд Физикийн чиглэлээр Нобелийн шагнал хүртсэн зохиолч (Вольфганг Кеттерле) аргыг ашигласан. Туршилтын гол цэг нь Бозе-Эйнштейний конденсацийн хийн процессууд байв. Энэ хооронд хэн ч термодинамикийн гурав дахь хуулийг цуцлаагүй байгаа бөгөөд үүний дагуу үнэмлэхүй тэг нь зөвхөн давж гаршгүй, бас хүрэх боломжгүй утга юм. Нэмж дурдахад, Гейзенбергийн тодорхойгүй байдлын зарчим үйлчилдэг бөгөөд атомууд замдаа үхэхээ зогсоож чадахгүй. Тиймээс одоохондоо үнэмлэхүй тэг температур нь шинжлэх ухаанд хүрэх боломжгүй хэвээр байгаа ч эрдэмтэд үүнийг үл тоомсорлох зайд ойртуулж чадсан юм.
Үнэмлэхүй тэг температур нь тэгээс доош Цельсийн 273.15 градус, Фаренгейтийн 459.67 градустай тохирч байна. Келвиний температурын хуваарийн хувьд энэ температур өөрөө тэг тэмдэг юм.
Үнэмлэхүй тэг температурын мөн чанар
Үнэмлэхүй тэг гэсэн ойлголт нь температурын мөн чанараас гаралтай. явцад гадаад орчинд ялгардаг аливаа бие. Үүний зэрэгцээ биеийн температур буурдаг, i.e. бага энерги үлддэг. Онолын хувьд энэ үйл явц нь энергийн хэмжээ хамгийн бага хэмжээнд хүрэх хүртэл үргэлжлэх боломжтой бөгөөд ингэснээр бие нь түүнийг өгөх боломжгүй болно.
Ийм санааны алс холын мэдээг М.В.Ломоносовоос олж болно. Оросын агуу эрдэмтэн дулааныг "эргэдэг" хөдөлгөөн гэж тайлбарласан. Тиймээс хөргөлтийн хамгийн дээд зэрэг нь ийм хөдөлгөөнийг бүрэн зогсоох явдал юм.
Орчин үеийн үзэл баримтлалын дагуу молекулууд хамгийн бага энергийн түвшинтэй байх үед үнэмлэхүй тэг температур юм. Бага эрчим хүчээр, өөрөөр хэлбэл. бага температурт ямар ч бие махбод оршин тогтнох боломжгүй.
Онол ба практик
Үнэмлэхүй тэг температур нь онолын үзэл баримтлал бөгөөд зарчмын хувьд хамгийн боловсронгуй тоног төхөөрөмж бүхий шинжлэх ухааны лабораторид ч үүнийг хэрэгжүүлэх боломжгүй юм. Гэвч эрдэмтэд бодисыг туйлын тэгтэй ойролцоо температурт маш бага температурт хөргөж чаджээ.
Ийм температурт бодисууд ердийн нөхцөлд байж чадахгүй гайхалтай шинж чанарыг олж авдаг. Шингэнтэй ойролцоо төлөвт оршдог тул "амьд мөнгө" гэж нэрлэгддэг мөнгөн ус энэ температурт хатуу болдог - хадаас хадах хүртэл. Зарим металл нь шил шиг хэврэг болдог. Резин ч мөн адил хатуу болдог. Хэрэв та үнэмлэхүй тэгтэй ойролцоо температурт резинэн зүйлийг алхаар цохивол шил шиг хагарна.
Энэхүү шинж чанарын өөрчлөлт нь дулааны шинж чанартай холбоотой юм. Физик биеийн температур өндөр байх тусам молекулууд илүү эрчимтэй, эмх замбараагүй хөдөлдөг. Температур буурах тусам хөдөлгөөн багасч, бүтэц нь эмх цэгцтэй болдог. Тиймээс хий нь шингэн болж, шингэн нь хатуу болдог. Захиалгын эцсийн түвшин бол болор бүтэц юм. Хэт бага температурт резин гэх мэт аморф хэвээр үлддэг бодисууд хүртэл үүнийг олж авдаг.
Сонирхолтой үзэгдлүүд металлтай холбоотой байдаг. Кристал торны атомууд бага далайцтай чичирдэг, электрон тархалт буурч, улмаар цахилгаан эсэргүүцэл буурдаг. Металл нь хэт дамжуулагчийг олж авдаг бөгөөд үүнийг практикт хэрэглэх нь маш сонирхолтой мэт санагддаг, гэхдээ хүрэхэд хэцүү байдаг.
Эх сурвалжууд:
- Livanova A. Бага температур, үнэмлэхүй тэг ба квант механик
Бие- энэ нь физикийн үндсэн ойлголтуудын нэг бөгөөд энэ нь матер эсвэл бодисын оршин тогтнох хэлбэрийг илэрхийлдэг. Энэ бол эзэлхүүн ба массаар тодорхойлогддог материаллаг объект бөгөөд заримдаа бусад үзүүлэлтүүдээр тодорхойлогддог. Физик бие нь бусад биеэс тодорхой хилээр тусгаарлагдсан байдаг. Бие махбодийн хэд хэдэн тусгай төрөл байдаг бөгөөд тэдгээрийн жагсаалтыг ангилал гэж ойлгож болохгүй.
Механикийн хувьд физик биеийг ихэвчлэн материаллаг цэг гэж ойлгодог. Энэ бол нэг төрлийн хийсвэрлэл бөгөөд түүний гол шинж чанар нь тодорхой асуудлыг шийдвэрлэхэд биеийн бодит хэмжээсийг үл тоомсорлож болох явдал юм. Өөрөөр хэлбэл, материаллаг цэг нь хэмжээс, хэлбэр, бусад ижил төстэй шинж чанартай маш тодорхой бие юм, гэхдээ тэдгээр нь одоо байгаа асуудлыг шийдвэрлэхэд чухал биш юм. Жишээлбэл, хэрэв та замын тодорхой хэсэгт объектыг тоолох шаардлагатай бол асуудлыг шийдэхдээ түүний уртыг бүрэн үл тоомсорлож болно. Механикийн үздэг физикийн өөр нэг төрөл бол туйлын хатуу бие юм. Ийм биеийн механик нь материаллаг цэгийн механиктай яг адилхан боловч үүнээс гадна бусад шинж чанартай байдаг. Үнэмлэхүй хатуу бие нь цэгүүдээс тогтдог боловч тэдгээрийн хоорондох зай, массын хуваарилалт нь бие махбодид хамаарах ачааллын дор өөрчлөгддөггүй. Энэ нь хэв гажилтгүй гэсэн үг юм. Үнэмлэхүй хатуу биеийн байрлалыг тодорхойлохын тулд түүнд хавсаргасан координатын системийг зааж өгөхөд хангалттай бөгөөд ихэвчлэн декарт байдаг. Ихэнх тохиолдолд массын төв нь координатын системийн төв юм. Үнэмлэхүй хатуу бие гэж байдаггүй, гэхдээ олон асуудлыг шийдвэрлэхэд ийм хийсвэрлэл нь маш тохиромжтой байдаг, гэхдээ харьцангуй механикт үүнийг авч үздэггүй, учир нь хурд нь гэрлийн хурдтай харьцуулж болох хөдөлгөөнүүдтэй харьцуулахад энэ загвар нь дотоод зөрчилдөөнийг харуулдаг. Үнэмлэхүй хатуу биеийн эсрэг тал нь хэв гажилттай бие юм.
Цаг агаарын мэдээ нь тэг орчим температурыг урьдчилан таамаглахад та гулгуурын талбай руу явах ёсгүй: мөс хайлах болно. Мөс хайлах температурыг хамгийн түгээмэл температурын хуваарь болох 0 градус гэж үздэг.
Цельсийн сөрөг хэмийн хэмжүүр - градусыг бид маш сайн мэддэг<ниже
нуля>, хүйтний зэрэг. Дэлхий дээрх хамгийн бага температур нь Антарктидад бүртгэгдсэн: -88.3 ° C. Дэлхийгээс гадуур бүр бага температур боломжтой: сарны гадарга дээр сарны шөнө дунд үед -160 ° C хүрч болно.
Гэхдээ дур зоргоороо бага температур хаана ч байж болохгүй.
Хэт бага температур - үнэмлэхүй тэг нь Цельсийн хэмжүүрээр - 273.16 ° -тай тохирч байна.
Температурын үнэмлэхүй хуваарь, Кельвин хэмжүүр нь үнэмлэхүй тэгээс эхэлдэг. Мөс 273.16° Кельвинд хайлж, ус 373.16° К-т буцалгана. Тиймээс К градус нь С градустай тэнцүү байна. Гэвч Кельвиний хэмжүүрээр бүх температур эерэг байна.
Дулаан бол бодисын атом ба молекулуудын эмх замбараагүй хөдөлгөөн юм. Бодисыг хөргөхөд түүнээс дулааны энерги ялгарч, бөөмсийн санамсаргүй хөдөлгөөн сулардаг. Эцсийн эцэст, хүчтэй хөргөлттэй, дулааны<пляска>хэсгүүд бараг бүрэн зогсдог. Атом ба молекулууд үнэмлэхүй тэг хэмд бүрэн хөлддөг.
Квант механикийн зарчмуудын дагуу үнэмлэхүй тэг үед бөөмсийн дулааны хөдөлгөөн зогсох боловч бөөмс өөрөө хөлдөхгүй, учир нь тэд бүрэн тайван байж чадахгүй. Тиймээс үнэмлэхүй тэг үед бөөмс ямар нэгэн төрлийн хөдөлгөөнийг хадгалах ёстой бөгөөд үүнийг тэг хөдөлгөөн гэж нэрлэдэг.<идти медленнее, чем стоять на месте>.
Гэсэн хэдий ч бодисыг үнэмлэхүй тэгээс доош температурт хөргөх нь санаатай адил утгагүй санаа юм
Түүнээс гадна яг үнэмлэхүй тэгт хүрэх нь бараг боломжгүй юм. Та зөвхөн түүнтэй ойртож чадна. Учир нь аливаа бодисын дулааны энергийг бүрэн арилгах арга байхгүй. Дулааны энергийн зарим хэсэг нь хамгийн гүн хөргөлтөд үлддэг.
Хэт бага температурт хэрхэн хүрэх вэ?
Бодисыг хөлдөөх нь халаахаас илүү хэцүү байдаг. Үүнийг зуух, хөргөгч хоёрын хийцийг харьцуулж үзсэн ч харж болно.
Ихэнх гэр ахуйн болон үйлдвэрлэлийн хөргөгчинд металл хоолойгоор эргэлддэг тусгай шингэн - фреон ууршилтаас болж дулааныг арилгадаг. Нууц нь фреон нь зөвхөн хангалттай бага температурт шингэн төлөвт үлдэж чаддаг явдал юм. Хөргөгчний тасалгаанд тасалгааны дулаанаас болж халааж, буцалж, уур болж хувирдаг. Гэвч уур нь компрессороор шахагдаж, шингэрүүлж, ууршуулагч руу орж, ууршсан фреоны алдагдлыг нөхдөг. Компрессорыг ажиллуулахын тулд эрчим хүч зарцуулдаг.
Гүн хөргөх төхөөрөмжид хүйтэн зөөгч нь хэт хүйтэн шингэн - шингэн гели юм. Өнгөгүй, хөнгөн (уснаас 8 дахин хөнгөн), атмосферийн даралтанд 4.2°К, вакуумд 0.7°К-т буцалгана. Гелийн гэрлийн изотопоор бүр бага температурыг өгдөг: 0.3 ° К.
Үүссэн шингэн гелийг тусгай термос - Дьюар колбонд хадгална.
Энэхүү маш хүйтэн шингэний үнэ (үнэмлэхүй тэг үед хөлддөггүй цорын ганц) нэлээд өндөр байдаг. Гэсэн хэдий ч шингэн гели нь өнөө үед шинжлэх ухаанд төдийгүй янз бүрийн техникийн төхөөрөмжүүдэд улам бүр өргөн хэрэглэгдэж байна.
Хамгийн бага температурыг өөр аргаар олж авсан. Зарим давсны молекулууд, жишээлбэл, калийн хромын алим нь соронзон хүчний шугамын дагуу эргэлдэж чаддаг. Энэ давсыг шингэн гелийээр 1°К хүртэл урьдчилан хөргөж, хүчтэй соронзон орон дотор байрлуулна. Энэ тохиолдолд молекулууд нь хүчний шугамын дагуу эргэлдэж, ялгарсан дулааныг шингэн гелий авдаг. Дараа нь соронзон орон гэнэт арилж, молекулууд дахин өөр өөр чиглэлд эргэж, зарцуулсан.
Энэ ажил нь давсыг цаашид хөргөхөд хүргэдэг. Ингэж бид 0.001°К-ийн температурыг олж авсан. Зарчмын хувьд ижил төстэй аргыг ашиглан бусад бодисыг ашигласнаар бид бүр бага температурыг олж авах боломжтой.
Дэлхий дээрх хамгийн бага температур нь 0.00001 ° K байна.
Хэт шингэн байдал
Шингэн гелийтэй ваннд хэт бага температурт хөлдөөсөн бодис мэдэгдэхүйц өөрчлөгддөг. Резин нь хэврэг болж, хар тугалга нь ган шиг хатуу, уян хатан болж, олон хайлш нь бат бөх чанарыг нэмэгдүүлдэг.
Шингэн гелий өөрөө өвөрмөц байдлаар ажилладаг. 2.2 ° К-ээс доош температурт энэ нь ердийн шингэний хувьд урьд өмнө байгаагүй шинж чанарыг олж авдаг - хэт шингэн: түүний зарим хэсэг нь зуурамтгай чанараа бүрэн алдаж, ямар ч үрэлтгүйгээр хамгийн нарийн ан цаваар урсдаг.
Энэ үзэгдлийг 1937 онд Зөвлөлтийн физикч академич П.Ж.И.
Капица, дараа нь академич JI тайлбарлав. Д.Ландау.
Үнэмлэхүй тэгтэй ойролцоо зарим материалын цахилгаан шинж чанарт маш сонирхолтой өөрчлөлтүүд гардаг.
1911 онд Голландын физикч Камерлингх Оннес гэнэтийн нээлт хийв: 4.12 ° К-ийн температурт мөнгөн усны цахилгаан эсэргүүцэл бүрэн арилдаг нь тогтоогджээ. Мөнгөн ус нь хэт дамжуулагч болдог.
Хэт дамжуулагч цагирагт өдөөгдсөн цахилгаан гүйдэл арилдаггүй бөгөөд бараг үүрд урсах боломжтой.<гроб Магомета>Ийм бөгжний дээгүүр хэт дамжуулагч бөмбөг агаарт хөвж, үлгэр шиг унахгүй.
, учир нь түүний хүндийн хүчийг цагираг ба бөмбөгний хоорондох соронзон түлхэлтээр нөхдөг. Эцсийн эцэст, цагираг дахь тасралтгүй гүйдэл нь соронзон орон үүсгэх бөгөөд энэ нь эргээд бөмбөлөг дотор цахилгаан гүйдэл, түүнтэй хамт эсрэг чиглэлтэй соронзон орныг өдөөдөг.
Мөнгөн уснаас гадна цагаан тугалга, хар тугалга, цайр, хөнгөн цагаан нь үнэмлэхүй тэгтэй ойролцоо хэт дамжуулалттай байдаг. Энэ шинж чанар нь 23 элемент, зуу гаруй төрлийн хайлш болон бусад химийн нэгдлүүдээс олдсон.
Хэт дамжуулалт үүсэх температур (чухал температур) нь нэлээд өргөн хүрээг хамардаг - 0.35 ° К (гафни) -аас 18 ° К (ниоби-цагаан хайлш).
Хэт дамжуулагчийн үзэгдэл, супер-
шингэнийг нарийвчлан судалсан. Материалын дотоод бүтэц, гадаад соронзон орон зэргээс чухал температурын хамаарлыг олж тогтоосон.
Хэт дамжуулалтын гүн онолыг боловсруулсан (Зөвлөлтийн эрдэмтэн академич Н. Н. Боголюбов чухал хувь нэмэр оруулсан).<танцуя>Энэхүү парадоксик үзэгдлийн мөн чанар нь дахин цэвэр квант юм. Хэт бага температурт электронууд орж ирдэг<прутьями решетки>Хэт дамжуулагч нь болор торонд энерги өгч чадахгүй, эсвэл халаахад энергийн квантыг зарцуулж чаддаггүй, хосоор холбогдсон бөөмсийн системийг бүрдүүлдэг. Хос электронууд яг л хөдөлдөг
, хооронд
- ионууд ба тэдгээрийг мөргөлдөх, энерги дамжуулахгүйгээр тойрч гарах.
Технологид хэт дамжуулагчийг улам ихээр ашиглаж байна.<шумы>тоног төхөөрөмж. Цахим тооцоолох технологийн хувьд бага чадлын хэт дамжуулагч унтраалга болох криотронуудад гайхалтай ирээдүй амлаж байна (Урлагыг үзнэ үү.<Пути электроники>).
Ийм төхөөрөмжүүдийн ажиллагааг илүү өндөр, илүү хүртээмжтэй температуртай бүс нутагт урагшлуулах нь хичнээн сонирхолтой болохыг төсөөлөхөд хэцүү биш юм. Саяхан полимер хальсан хэт дамжуулагчийг бий болгох найдвар нээгдэв. Ийм материалын цахилгаан дамжуулах чанарын өвөрмөц шинж чанар нь өрөөний температурт ч гэсэн хэт дамжуулалтыг хадгалах гайхалтай боломжийг амлаж байна. Эрдэмтэд энэхүү итгэл найдвараа хэрэгжүүлэх арга замыг тууштай хайж байна.
Одоо дэлхийн хамгийн халуухан зүйл болох оддын гүн рүү харцгаая. Температур нь хэдэн сая градус хүрдэг газар.
Оддын санамсаргүй дулааны хөдөлгөөн маш хүчтэй тул бүх атомууд тэнд оршин тогтнох боломжгүй: тэд тоо томшгүй олон мөргөлдөөний үеэр устдаг.
Иймд маш халуун бодис нь хатуу ч биш, шингэн ч биш, хий ч байж болохгүй. Энэ нь плазмын төлөвт, өөрөөр хэлбэл цахилгаан цэнэгтэй холимог юм<осколков>атомууд - атомын цөм ба электронууд.
Плазм бол материйн өвөрмөц төлөв юм. Түүний бөөмс нь цахилгаанаар цэнэглэгддэг тул цахилгаан болон соронзон хүчинд мэдрэмтгий байдаг. Тиймээс хоёр атомын цөм (тэдгээр нь эерэг цэнэг тээдэг) ойрхон байх нь ховор үзэгдэл юм. Зөвхөн өндөр нягтрал, асар их температурт атомын цөмүүд хоорондоо мөргөлдөхөд л ойртож чаддаг. Дараа нь термоядролын урвал явагдана - оддын энергийн эх үүсвэр.
Бидэнд хамгийн ойр байгаа од болох Нар нь гол төлөв устөрөгчийн плазмаас бүрддэг бөгөөд одны гэдэс дотор 10 сая градус хүртэл халдаг. Ийм нөхцөлд хурдан устөрөгчийн цөм - протонтой ойр дотно уулздаг боловч ховор тохиолддог. Заримдаа ойртож буй протонууд харилцан үйлчилдэг: цахилгаан түлхэлтийг даван туулж, асар том цөмийн таталцлын хүчинд хурдан ордог.<падают>бие биенийхээ дээр ба нэгдэх. Энд агшин зуурын бүтцийн өөрчлөлт явагдана: хоёр протоны оронд дейтерон (хүнд устөрөгчийн изотопын цөм), позитрон ба нейтрино гарч ирдэг. Гарсан энерги нь 0.46 сая электрон вольт (МеВ) юм.
Нарны протон бүр дунджаар 14 тэрбум жилд нэг удаа ийм урвалд орж чаддаг. Гэвч гэрлийн гэдсэнд маш олон протон байдаг тул энд тэнд ийм таагүй үйл явдал тохиолдож, манай од жигд, гялалзсан дөлөөр шатдаг.
Дейтероны нийлэгжилт нь нарны термоядролын өөрчлөлтийн эхний алхам юм.
Шинээр төрсөн дейтерон тун удахгүй (дунджаар 5.7 секундын дараа) өөр протонтой нийлдэг. Хөнгөн гелий цөм ба цахилгаан соронзон цацрагийн гамма квант гарч ирнэ. 5.48 МэВ энерги ялгардаг.
Эцэст нь дунджаар сая жилд нэг удаа хоёр хөнгөн гелий цөм нэгдэж, нэгдэж чаддаг. Дараа нь энгийн гелий (альфа бөөмс) цөм үүсч, хоёр протон хуваагдана. 12.85 МэВ энерги ялгардаг.<конвейер>Энэ гурван үе шаттай<сгорает>термоядролын урвалууд нь цорын ганц биш юм.<золу>Цөмийн өөрчлөлтийн өөр нэг гинжин хэлхээ илүү хурдан байдаг. Нүүрстөрөгч ба азотын атомын цөмүүд үүнд оролцдог (хэрэглэгдэхгүйгээр). Гэхдээ аль аль хувилбарт альфа бөөмсийг устөрөгчийн цөмөөс нэгтгэдэг. Дүрсээр хэлбэл, нарны устөрөгчийн плазм
, болж хувирах<худеет>- гелийн плазм. Гелийн плазм бүрийн нийлэгжилтийн явцад 175 мянган кВт.ц энерги ялгардаг. Асар их тоо!<горючего>Нар секунд тутамд 4,1033 эрг энерги ялгаруулж, 4,1012 г (4 сая тонн) бодисыг алдаж байна. Харин нарны нийт масс нь 21027 тонн бөгөөд энэ нь нэг сая жилийн дотор цацрагийн ачаар Нар
түүний массын ердөө арван саяны нэг. Эдгээр тоо баримтууд нь термоядролын урвалын үр нөлөө, нарны энергийн асар их илчлэгийн үнэ цэнийг тодоор харуулж байна.<зола>- устөрөгч.<горючим>Термоядролын нэгдэл нь бүх оддын энергийн гол эх үүсвэр юм.
Оддын дотоод орчны янз бүрийн температур, нягтралд янз бүрийн төрлийн урвал явагддаг. Ялангуяа нарны<Вселенная вчера, сегодня и завтра>).
-гелийн цөм - 100 сая градусын температурт өөрөө термоядролын шинж чанартай болдог
. Дараа нь альфа бөөмсөөс илүү хүнд атомын цөм - нүүрстөрөгч, тэр ч байтугай хүчилтөрөгчийг нэгтгэж болно.<горючего>Олон эрдэмтдийн үзэж байгаагаар манай бүхэл бүтэн Метагалакси нь тэрбум градусын температурт явагдсан термоядролын нэгдлийн үр жимс юм (Урлагыг үзнэ үү.
<Горючего>Хиймэл нарны зүг
Термоядролын илчлэгийн онцгой үнэ цэнэ
эрдэмтдийг цөмийн хайлуулах урвалыг зохиомлоор хэрэгжүүлэхэд түлхэц болсон.<горючее>-Манай гараг дээр устөрөгчийн олон изотопууд байдаг. Жишээлбэл, цөмийн реактор дахь литийн металаас хэт хүнд устөрөгчийн тритий үйлдвэрлэж болно. Мөн хүнд устөрөгч - дейтерий нь энгийн уснаас гаргаж авах боломжтой хүнд усны нэг хэсэг юм.
Энэ асуудлыг анх устөрөгчийн бөмбөгөөр шийдсэн. Тэнд байгаа устөрөгчийн изотопууд нь атомын бөмбөг дэлбэрснээр гал авалцдаг бөгөөд энэ нь бодисыг хэдэн арван сая градус хүртэл халаахад хүргэдэг. Устөрөгчийн бөмбөгний нэг хувилбарт термоядролын түлш нь хөнгөн лититэй хүнд устөрөгчийн химийн нэгдэл - хөнгөн лити дейтерид юм. Энэхүү цагаан нунтаг нь ширээний давстай төстэй.<воспламеняясь>-аас<спички>, энэ нь атомын бөмбөг, тэр даруйд дэлбэрч, хэдэн зуун сая градусын температурыг үүсгэдэг.
Энхийн термоядролын урвалыг эхлүүлэхийн тулд эхлээд атомын бөмбөгний тусламжгүйгээр хангалттай нягт устөрөгчийн изотопын плазмыг хэдэн зуун сая градусын температурт бага тунгаар халааж сурах хэрэгтэй. Энэ асуудал нь орчин үеийн хэрэглээний физикийн хамгийн хэцүү асуудлын нэг юм. Дэлхийн эрдэмтэд үүн дээр олон жилийн турш ажиллаж байна.
Биеийн халаалтыг үүсгэдэг бөөмсийн эмх замбараагүй хөдөлгөөн бөгөөд тэдгээрийн санамсаргүй хөдөлгөөний дундаж энерги нь температуртай тохирч байгааг бид аль хэдийн хэлсэн. Хүйтэн биеийг халаана гэдэг нь ямар нэгэн байдлаар энэ эмгэгийг бий болгоно гэсэн үг юм.
Хоёр бүлэг гүйгч бие бие рүүгээ гүйж байна гэж төсөөлөөд үз дээ. Тиймээс тэд мөргөлдөж, холилдож, няцалж, будлиан эхлэв.
Их замбараагүй!
Үүнтэй адилаар физикчид анх өндөр даралттай хийн тийрэлтэт онгоцыг мөргөлдүүлэн өндөр температурыг олж авахыг оролдсон. Хий нь 10 мянган градус хүртэл халсан. Нэгэн цагт энэ нь дээд амжилт байсан: температур нарны гадаргуугаас өндөр байв.
Гэхдээ энэ аргын тусламжтайгаар дулааны эмгэг нь бүх чиглэлд шууд тархаж, туршилтын тасалгааны ханыг дулаацуулж, хүрээлэн буй орчныг дулаацуулдаг тул хийн илүү удаан, тэсрэлтгүй халаах боломжгүй юм. Үүссэн дулаан нь системийг хурдан орхиж, түүнийг тусгаарлах боломжгүй юм.
Хамгийн галд тэсвэртэй бодисоор хийсэн савнууд нь плазмыг дулаан алдагдлаас хамгаалах боломжгүй нь үнэн. Хатуу хананд хүрэхэд халуун плазм нэн даруй хөрнө. Гэхдээ та сийвэнгийн хуримтлалыг вакуум дотор үүсгэж халаахыг оролдож болно, ингэснээр энэ нь тасалгааны хананд хүрэхгүй, харин хоосон байдалд өлгөөтэй, юунд ч хүрэхгүй. Энд бид плазмын тоосонцор нь хийн атомууд шиг төвийг сахисан биш, харин цахилгаанаар цэнэглэгддэг гэдгийг ашиглах хэрэгтэй. Тиймээс хөдөлж байх үед тэдгээр нь соронзон хүчинд өртдөг. Даалгавар урган гарч байна: халуун плазм нь үл үзэгдэх ханатай уутанд өлгөөтэй байх тусгай тохируулгын соронзон орон бий болгох.
Ийм плазмын хамгийн энгийн хэлбэр нь цахилгаан гүйдлийн хүчтэй импульс плазмаар дамжих үед автоматаар үүсдэг. Энэ тохиолдолд плазмын утаснуудын эргэн тойронд соронзон хүч үүсдэг бөгөөд энэ нь утсыг шахах хандлагатай байдаг.
Плазмыг гадагшлуулах хоолойн хананаас тусгаарлаж, бөөмсийг бутлахад хүйн тэнхлэгт температур 2 сая градус хүртэл нэмэгддэг.
Манай улсад ийм туршилтыг 1950 онд академич Ж.И. А.Арцимович, М.А.Леонтович нар.
Туршилтын өөр нэг чиглэл бол 1952 онд Зөвлөлтийн физикч, одоо академич Г.И. Соронзон лонх нь үйсэн камерт байрладаг - гадна ороомогтой тоноглогдсон цилиндр хэлбэртэй вакуум камер нь тасалгааны төгсгөлд нягтардаг. Ороомог дундуур урсах гүйдэл нь камерт соронзон орон үүсгэдэг. Дунд хэсэгт байрлах талбайн шугамууд нь цилиндрийн генераторуудтай зэрэгцээ байрладаг бөгөөд төгсгөлд нь шахагдаж, соронзон залгуур үүсгэдэг. Соронзон лонхонд тарьсан плазмын хэсгүүд талбайн шугамын эргэн тойронд эргэлдэж, залгуураас тусдаг. Үүний үр дүнд плазм нь лонхны дотор хэсэг хугацаанд хадгалагддаг. Хэрэв лонхонд оруулсан плазмын хэсгүүдийн энерги хангалттай өндөр бөгөөд тэдгээр нь маш олон байвал тэдгээр нь нарийн төвөгтэй хүчний харилцан үйлчлэлд орж, тэдний анхлан эмх цэгцтэй хөдөлгөөн нь будлиан, эмх замбараагүй болдог - устөрөгчийн цөмийн температур хэдэн арван сая хүртэл нэмэгддэг. градусын.<ударами>Нэмэлт халаалтыг цахилгаан соронзон аргаар гүйцэтгэдэг
Өөрийгөө дэмжих урвалыг эхлүүлэхийн тулд сийвэнгийн температур, нягтралыг цаашид нэмэгдүүлэх шаардлагатай. Үүнд хүрэхэд хэцүү. Гэсэн хэдий ч эрдэмтдийн үзэж байгаагаар асуудал шийдэгдэх нь эргэлзээгүй юм.
Г.Б. Анфилов
Эх сурвалж болон гэрэл зургийн холбоосыг оруулсан тохиолдолд бусад эх сурвалжид гэрэл зураг нийтлэх, манай вэбсайтаас нийтлэлээс иш татахыг зөвшөөрнө.
Манай ертөнцийн хамгийн хүйтэн газар хаана байдаг гэж та бодож байна вэ? Өнөөдөр энэ бол Дэлхий. Тухайлбал, сарны гадаргуугийн температур -227 хэм, биднийг хүрээлж буй вакуум температур 265 хэм хүйтэн байна. Гэсэн хэдий ч дэлхий дээрх лабораторид хүн хэт бага температурт материалын шинж чанарыг судлахын тулд хамаагүй бага температурт хүрч чадна. Материал, бие даасан атомууд, тэр ч байтугай хэт их хөргөлттэй гэрэл нь ер бусын шинж чанарыг харуулж эхэлдэг.
Энэ төрлийн анхны туршилтыг 20-р зууны эхээр хэт бага температурт мөнгөн усны цахилгаан шинж чанарыг судалсан физикчид хийсэн. Цельсийн -262 хэмд мөнгөн ус хэт дамжуулагч шинж чанартай болж, цахилгаан гүйдлийн эсэргүүцлийг бараг тэг хүртэл бууруулж эхэлдэг. Цаашдын туршилтууд нь хөргөсөн материалын бусад сонирхолтой шинж чанаруудыг илрүүлсэн бөгөөд энэ нь хатуу хуваалтууд болон хаалттай савнаас бодисын "нэвчилт" -ээр илэрхийлэгддэг хэт шингэн юм.
Шинжлэх ухаан нь хүрч болох хамгийн бага температурыг тогтоосон - хасах 273.15 хэм, гэхдээ бараг ийм температурт хүрэх боломжгүй юм. Практикт температур нь тухайн объектод агуулагдах энергийн ойролцоо хэмжигдэхүүн тул үнэмлэхүй тэг нь биеэс юу ч ялгаруулахгүй байгааг илтгэдэг бөгөөд энэ объектоос ямар ч энерги гаргаж авах боломжгүй юм. Гэсэн хэдий ч эрдэмтэд 2003 онд Массачусетсийн Технологийн Институтын лабораторид үнэмлэхүй тэг температурт аль болох ойртохыг хичээж байна. Эрдэмтэд үнэмлэхүй тэгээс 810 тэрбумын нэгээр л дутуу байсан. Тэд хүчтэй соронзон орны нөлөөгөөр тогтсон натрийн атомын үүлийг хөргөв.
Ийм туршилтуудын практик утга нь юу вэ? Судлаачид Босе-Эйнштейний конденсат гэх мэт ойлголтыг сонирхож байгаа бөгөөд энэ нь хий, хатуу эсвэл шингэн биш, харин ижил квант төлөвтэй атомуудын үүл юм. Бодисын энэ хэлбэрийг 1925 онд Эйнштейн, Энэтхэгийн физикч Сатиендра Босе нар урьдчилан таамаглаж байсан бөгөөд 70 жилийн дараа л олж авчээ. Материйн ийм байдалд хүрсэн эрдэмтдийн нэг бол нээлтийнхээ төлөө физикийн салбарт Нобелийн шагнал хүртсэн Вольфганг Кеттерле юм.
Bose-Einstein конденсат (BECs)-ийн гайхалтай шинж чанаруудын нэг нь гэрлийн цацрагийн хөдөлгөөнийг хянах чадвар юм. Вакуум орчинд гэрэл секундэд 300,000 км хурдтай тархдаг бөгөөд энэ нь Орчлон ертөнцөд хүрч болох хамгийн дээд хурд юм. Гэвч гэрэл вакуумд бус матераар дамжин өнгөрөх юм бол илүү удаан тархах боломжтой. KBE-ийн тусламжтайгаар та гэрлийн хөдөлгөөнийг бага хурд руу удаашруулж, бүр зогсоох боломжтой. Конденсатын температур, нягтралын улмаас гэрлийн ялгаралт удааширч, "барьж" шууд цахилгаан гүйдэл болгон хувиргах боломжтой. Энэ гүйдлийг өөр CBE үүлэнд шилжүүлж, гэрлийн цацраг болгон хувиргаж болно. Энэхүү чадвар нь харилцаа холбоо, компьютерийн салбарт эрэлт ихтэй байдаг. Энд би бага зэрэг ойлгохгүй байна - эцсийн эцэст, гэрлийн долгионыг цахилгаан болгон хувиргадаг төхөөрөмжүүд болон эсрэгээр нь аль хэдийн байдаг ... CBE ашиглах нь энэ хувиргалтыг илүү хурдан бөгөөд илүү нарийвчлалтай хийх боломжийг олгодог.
Эрдэмтэд үнэмлэхүй тэгийг олж авахыг маш их хүсч байгаа нэг шалтгаан нь манай Орчлон ертөнцөд юу болж, юу тохиолдсон, түүнд ямар термодинамик хууль үйлчилдэг болохыг ойлгох оролдлого юм. Үүний зэрэгцээ, судлаачид атомаас бүх энергийг бүрэн гаргаж авах нь бараг боломжгүй гэдгийг ойлгодог.
