मर्यादित तापमान ज्यावर आदर्श वायूचे प्रमाण शून्याच्या बरोबरीचे होते ते पूर्ण शून्य तापमान मानले जाते. तथापि, निरपेक्ष शून्य तापमानात वास्तविक वायूंचे प्रमाण नाहीसे होऊ शकत नाही. मग ही तापमान मर्यादा अर्थपूर्ण आहे का?

मर्यादित तापमान, ज्याचे अस्तित्व गे-लुसाक कायद्यानुसार आहे, याचा अर्थ होतो, कारण वास्तविक वायूचे गुणधर्म आदर्श वायूच्या गुणधर्माच्या जवळ आणणे व्यावहारिकदृष्ट्या शक्य आहे. हे करण्यासाठी, आपल्याला वाढत्या प्रमाणात दुर्मिळ वायू घेणे आवश्यक आहे, जेणेकरून त्याची घनता शून्य होईल. खरंच, जसजसे तापमान कमी होईल तसतसे अशा वायूचे प्रमाण शून्याच्या जवळ जाईल.

सेल्सिअस स्केलवर निरपेक्ष शून्याचे मूल्य शोधू. समीकरण व्हॉल्यूम व्हीव्हीसूत्र (3.6.4) शून्य आणि ते लक्षात घेऊन

त्यामुळे निरपेक्ष शून्य तापमान आहे

* अधिक अचूक निरपेक्ष शून्य मूल्य: -273.15 °C.

हे निसर्गातील अत्यंत, सर्वात कमी तापमान आहे, ते "सर्वात मोठी किंवा शेवटची थंडी", ज्याच्या अस्तित्वाचा लोमोनोसोव्हने अंदाज लावला होता.

केल्विन स्केल

केल्विन विल्यम (थॉमसन डब्ल्यू.) (1824-1907) - एक उत्कृष्ट इंग्रजी भौतिकशास्त्रज्ञ, थर्मोडायनामिक्स आणि वायूंच्या आण्विक गतिज सिद्धांताच्या संस्थापकांपैकी एक.

केल्विनने परिपूर्ण तापमान स्केल सादर केले आणि थर्मोडायनामिक्सच्या दुसर्‍या नियमातील एक सूत्र उष्णतेचे कामात पूर्णपणे रूपांतरित करण्याच्या अशक्यतेच्या स्वरूपात दिले. द्रवाच्या पृष्ठभागावरील उर्जा मोजण्याच्या आधारावर त्यांनी रेणूंचा आकार मोजला. ट्रान्साटलांटिक टेलिग्राफ केबल टाकण्याच्या संबंधात, केल्विनने इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक ऑसिलेशनचा सिद्धांत विकसित केला आणि सर्किटमध्ये मुक्त दोलनांच्या कालावधीसाठी एक सूत्र प्राप्त केले. त्यांच्या वैज्ञानिक कामगिरीसाठी डब्ल्यू. थॉमसन यांना लॉर्ड केल्विन ही पदवी मिळाली.

इंग्लिश शास्त्रज्ञ डब्ल्यू. केल्विन यांनी परिपूर्ण तापमान स्केल सादर केले. केल्विन स्केलवरील शून्य तापमान निरपेक्ष शून्याशी संबंधित आहे आणि या स्केलवरील तापमानाचे एकक सेल्सिअस स्केलच्या एका अंशाच्या बरोबरीचे आहे, म्हणून परिपूर्ण तापमान टसूत्रानुसार सेल्सिअस स्केलवरील तापमानाशी संबंधित आहे

(3.7.6)

आकृती 3.11 तुलनेसाठी परिपूर्ण स्केल आणि सेल्सिअस स्केल दाखवते.

निरपेक्ष तापमानाच्या SI युनिटला केल्विन (संक्षिप्त K) म्हणतात. म्हणून, सेल्सिअस स्केलवरील एक अंश केल्विन स्केलवरील एक अंशाच्या बरोबरीचे आहे: 1 °C = 1 K.

अशा प्रकारे, सूत्र (3.7.6) द्वारे दिलेल्या व्याख्येनुसार, परिपूर्ण तापमान हे एक व्युत्पन्न प्रमाण आहे जे सेल्सिअस तापमानावर आणि a च्या प्रायोगिकरित्या निर्धारित मूल्यावर अवलंबून असते. तथापि, त्याचे मूलभूत महत्त्व आहे.

आण्विक गतिज सिद्धांताच्या दृष्टिकोनातून, निरपेक्ष तापमान अणू किंवा रेणूंच्या गोंधळलेल्या हालचालींच्या सरासरी गतिज उर्जेशी संबंधित आहे. येथे टी = O K रेणूंची थर्मल हालचाल थांबते. अध्याय 4 मध्ये याबद्दल अधिक तपशीलवार चर्चा केली जाईल.

निरपेक्ष तापमानावर व्हॉल्यूमचे अवलंबन

केल्विन स्केल वापरून, गे-लुसॅकचा नियम (3.6.4) सोप्या स्वरूपात लिहिता येतो. कारण

(3.7.7)

स्थिर दाबाने दिलेल्या वस्तुमानाच्या वायूचे प्रमाण निरपेक्ष तापमानाच्या थेट प्रमाणात असते.

हे खालीलप्रमाणे आहे की समान दाबाने वेगवेगळ्या राज्यांमध्ये समान वस्तुमानाच्या वायूच्या आकारमानाचे प्रमाण निरपेक्ष तापमानाच्या गुणोत्तरासारखे असते:

(3.7.8)

किमान संभाव्य तापमान असते ज्यावर आदर्श वायूचा आवाज (आणि दाब) नाहीसा होतो. हे पूर्ण शून्य तापमान आहे:-२७३ °से. निरपेक्ष शून्य पासून तापमान मोजणे सोयीचे आहे. अशा प्रकारे परिपूर्ण तापमान स्केल तयार केले जाते.

परिपूर्ण शून्य (निरपेक्ष शून्य) - पाण्याच्या तिहेरी बिंदूच्या खाली 273.16 K पासून सुरू होणारी परिपूर्ण तापमानाची सुरुवात (तीन टप्प्यांचा समतोल बिंदू - बर्फ, पाणी आणि पाण्याची वाफ); निरपेक्ष शून्यावर, रेणूंची हालचाल थांबते आणि ते “शून्य” गतीच्या स्थितीत असतात. किंवा: सर्वात कमी तापमान ज्यामध्ये पदार्थामध्ये थर्मल ऊर्जा नसते.

निरपेक्ष शून्य सुरू करापरिपूर्ण तापमान वाचन. -273.16 °C शी संबंधित आहे. सध्या, भौतिक प्रयोगशाळांमध्ये पूर्ण शून्यापेक्षा जास्त तापमान केवळ काही दशलक्ष अंशाने मिळवणे शक्य झाले आहे, परंतु थर्मोडायनामिक्सच्या नियमांनुसार ते साध्य करणे अशक्य आहे. निरपेक्ष शून्यावर, प्रणाली सर्वात कमी संभाव्य ऊर्जा असलेल्या स्थितीत असेल (या अवस्थेत, अणू आणि रेणू "शून्य" कंपन करतात) आणि शून्य एन्ट्रॉपी (शून्य) असेल विकार). परिपूर्ण शून्याच्या बिंदूवर आदर्श वायूचे प्रमाण शून्याच्या बरोबरीचे असणे आवश्यक आहे आणि हा बिंदू निश्चित करण्यासाठी, वास्तविक हेलियम वायूचे परिमाण मोजले जाते अनुक्रमिककमी दाबावर (-२६८.९ डिग्री सेल्सिअस) द्रवीकरण होईपर्यंत तापमान कमी करणे आणि द्रवीकरणाच्या अनुपस्थितीत वायूचे प्रमाण शून्य होईल अशा तपमानापर्यंत वाढवणे. परिपूर्ण तापमान थर्मोडायनामिकस्केल केल्विनमध्ये मोजले जाते, जे चिन्ह K द्वारे दर्शविले जाते. निरपेक्ष थर्मोडायनामिकस्केल आणि सेल्सिअस स्केल फक्त एकमेकांपासून ऑफसेट आहेत आणि K = °C + 273.16 ° या गुणोत्तराने संबंधित आहेत.

कथा

"तापमान" हा शब्द त्या दिवसात उद्भवला जेव्हा लोकांचा असा विश्वास होता की अधिक गरम शरीरात एक विशेष पदार्थ - उष्मांक - कमी गरम केलेल्या पदार्थांपेक्षा जास्त असतो. म्हणून, शरीरातील पदार्थ आणि उष्मांक यांच्या मिश्रणाची ताकद म्हणून तापमान समजले गेले. या कारणास्तव, अल्कोहोलयुक्त पेये आणि तापमानाच्या ताकदीसाठी मोजण्याचे एकक समान म्हणतात - अंश.

तपमान ही रेणूंची गतीज ऊर्जा असल्याने, हे स्पष्ट आहे की ते ऊर्जा युनिट्समध्ये (म्हणजे ज्युलमधील SI प्रणालीमध्ये) मोजणे सर्वात नैसर्गिक आहे. तथापि, तापमान मोजमाप आण्विक गतिज सिद्धांताच्या निर्मितीच्या खूप आधीपासून सुरू झाले, म्हणून व्यावहारिक स्केल पारंपारिक एककांमध्ये तापमान मोजतात - अंश.

केल्विन स्केल

थर्मोडायनामिक्स केल्विन स्केल वापरते, ज्यामध्ये तापमान निरपेक्ष शून्यापासून मोजले जाते (शरीराच्या किमान सैद्धांतिकदृष्ट्या संभाव्य अंतर्गत ऊर्जेशी संबंधित स्थिती), आणि एक केल्विन हे निरपेक्ष शून्य ते तिहेरी बिंदूपर्यंतच्या अंतराच्या 1/273.16 च्या बरोबरीचे असते. पाणी (ज्या राज्यात बर्फ, पाणी आणि पाण्याच्या जोड्या समतोल असतात). केल्विनचे ​​ऊर्जा युनिटमध्ये रूपांतर करण्यासाठी बोल्टझमनचा स्थिरांक वापरला जातो. व्युत्पन्न एकके देखील वापरली जातात: किलोकेल्विन, मेगाकेल्विन, मिलिकेल्विन इ.

सेल्सिअस

दैनंदिन जीवनात, सेल्सिअस स्केल वापरला जातो, ज्यामध्ये 0 हा पाण्याचा अतिशीत बिंदू आहे आणि 100° हा वायुमंडलीय दाबाने पाण्याचा उत्कलन बिंदू आहे. पाण्याचे अतिशीत आणि उत्कलन बिंदू चांगल्या प्रकारे परिभाषित नसल्यामुळे, सेल्सिअस स्केल सध्या केल्विन स्केल वापरून परिभाषित केले आहे: एक डिग्री सेल्सिअस केल्विनच्या बरोबरीचे आहे, पूर्ण शून्य −273.15 °C मानले जाते. सेल्सिअस स्केल व्यावहारिकदृष्ट्या अतिशय सोयीस्कर आहे कारण आपल्या ग्रहावर पाणी खूप सामान्य आहे आणि आपले जीवन त्यावर आधारित आहे. शून्य सेल्सिअस हा हवामानशास्त्रासाठी एक विशेष बिंदू आहे, कारण वातावरणातील पाणी गोठवल्याने सर्वकाही लक्षणीय बदलते.

फॅरेनहाइट

इंग्लंडमध्ये आणि विशेषतः यूएसएमध्ये, फॅरेनहाइट स्केल वापरला जातो. हे स्केल शहरातील सर्वात थंड हिवाळ्याच्या तापमानापासून मानवी शरीराच्या तापमानापर्यंत 100 अंशांमध्ये अंतराचे विभाजन करते. शून्य अंश सेल्सिअस 32 अंश फारेनहाइट आहे आणि एक अंश फारेनहाइट 5/9 अंश सेल्सिअसच्या बरोबरीचे आहे.

फॅरेनहाइट स्केलची सध्याची व्याख्या खालीलप्रमाणे आहे: हे एक तापमान स्केल आहे ज्यामध्ये 1 अंश (1 °F) हे पाण्याचा उत्कलन बिंदू आणि वातावरणाच्या दाबाने बर्फ वितळणारे तापमान यांच्यातील फरक 1/180व्या बरोबरीचे असते आणि बर्फाचा वितळण्याचा बिंदू +32 °F आहे. फॅरेनहाइट स्केलवरील तापमान सेल्सिअस स्केल (t °C) वर t °C = 5/9 (t °F - 32), 1 °F = 5/9 °C या गुणोत्तराने संबंधित आहे. 1724 मध्ये जी. फॅरेनहाइट यांनी प्रस्तावित केले.

रेउमर स्केल

1730 मध्ये आर.ए. रॉमुर यांनी प्रस्तावित केले, ज्याने त्यांनी शोधलेल्या अल्कोहोल थर्मामीटरचे वर्णन केले.

युनिट रेउमर (°R) अंश आहे, 1 °R हे संदर्भ बिंदूंमधील तापमान अंतराच्या 1/80 च्या बरोबरीचे आहे - बर्फाचे वितळणारे तापमान (0 °R) आणि पाण्याचा उत्कलन बिंदू (80 °R)

1 °R = 1.25 °C.

सध्या, स्केल वापरातून बाहेर पडले आहे; ते लेखकाच्या जन्मभूमी फ्रान्समध्ये सर्वात जास्त काळ टिकले.

तापमान स्केलची तुलना

सामान्य मानवी शरीराचे तापमान 36.6 °C ±0.7 °C, किंवा 98.2 °F ±1.3 °F असते. 98.6 °F चे सामान्यतः उद्धृत केलेले मूल्य हे 19व्या शतकातील 37 °C च्या जर्मन मूल्याच्या फॅरेनहाइटचे अचूक रूपांतर आहे. आधुनिक संकल्पनांनुसार हे मूल्य सामान्य तापमानाच्या मर्यादेत नसल्यामुळे, आम्ही म्हणू शकतो की त्यात जास्त (चुकीची) अचूकता आहे. या सारणीतील काही मूल्ये गोलाकार केली आहेत.

फॅरेनहाइट आणि सेल्सिअस स्केलची तुलना

(o एफ- फॅरेनहाइट स्केल, oC- सेल्सिअस स्केल)

डिग्री सेल्सिअसचे केल्विनमध्ये रूपांतर करण्यासाठी, तुम्ही सूत्र वापरणे आवश्यक आहे T=t+T 0जेथे T हे केल्विनमधील तापमान आहे, t हे अंश सेल्सिअस तापमान आहे, T 0 =273.15 केल्विन. एक डिग्री सेल्सिअसचा आकार केल्विनच्या बरोबरीचा असतो.

विश्वातील सर्व वस्तूंसह कोणत्याही भौतिक शरीराचे किमान तापमान किंवा त्याची मर्यादा असते. कोणत्याही तापमान स्केलचा प्रारंभ बिंदू निरपेक्ष शून्य तापमानाचे मूल्य मानला जातो. परंतु हे केवळ सिद्धांतानुसार आहे. अणू आणि रेणूंची गोंधळलेली हालचाल, जे यावेळी त्यांची उर्जा सोडून देतात, अद्याप व्यवहारात थांबलेले नाहीत.

निरपेक्ष शून्य तापमान गाठता येत नाही याचे हे मुख्य कारण आहे. या प्रक्रियेच्या परिणामांबद्दल अजूनही वादविवाद आहेत. थर्मोडायनामिक्सच्या दृष्टिकोनातून, ही मर्यादा अप्राप्य आहे, कारण अणू आणि रेणूंची थर्मल हालचाल पूर्णपणे थांबते आणि क्रिस्टल जाळी तयार होते.

क्वांटम फिजिक्सचे प्रतिनिधी निरपेक्ष शून्य तापमानात किमान शून्य दोलनांच्या उपस्थितीची कल्पना करतात.

निरपेक्ष शून्य तापमानाचे मूल्य काय आहे आणि ते का प्राप्त केले जाऊ शकत नाही

वजन आणि मापांच्या सामान्य परिषदेत, तापमान निर्देशक निर्धारित करणार्‍या मापन यंत्रांसाठी प्रथमच संदर्भ किंवा संदर्भ बिंदू स्थापित केला गेला.

सध्या, इंटरनॅशनल सिस्टीम ऑफ युनिट्समध्ये, सेल्सिअस स्केलचा संदर्भ बिंदू अतिशीत करण्यासाठी 0°C आणि उकळण्यासाठी 100°C आहे, निरपेक्ष शून्य तापमानाचे मूल्य −273.15°C इतके आहे.

समान इंटरनॅशनल सिस्टीम ऑफ युनिट्सनुसार केल्विन स्केलवर तापमान मूल्ये वापरून, 99.975 डिग्री सेल्सिअस संदर्भ मूल्यावर पाणी उकळले जाईल, परिपूर्ण शून्य 0 च्या बरोबरीचे आहे. फॅरेनहाइट स्केलवर निर्देशक -459.67 अंशांशी संबंधित आहे .

परंतु, जर हा डेटा प्राप्त झाला असेल, तर व्यवहारात पूर्ण शून्य तापमान प्राप्त करणे अशक्य का आहे? तुलनेसाठी, आपण प्रकाशाचा सुप्रसिद्ध वेग घेऊ शकतो, जो 1,079,252,848.8 किमी/तास या स्थिर भौतिक मूल्याच्या बरोबरीचा आहे.

तथापि, हे मूल्य सरावाने प्राप्त केले जाऊ शकत नाही. हे प्रेषण तरंगलांबी, परिस्थिती आणि कणांद्वारे मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा शोषण्यावर अवलंबून असते. निरपेक्ष शून्य तापमानाचे मूल्य प्राप्त करण्यासाठी, अणू आणि रेणूंमध्ये प्रवेश करण्यापासून रोखण्यासाठी मोठ्या प्रमाणात ऊर्जेचे उत्पादन आवश्यक आहे आणि त्याच्या स्त्रोतांची अनुपस्थिती आवश्यक आहे.

परंतु पूर्ण व्हॅक्यूमच्या परिस्थितीतही, शास्त्रज्ञ प्रकाशाचा वेग किंवा पूर्ण शून्य तापमान मिळवू शकले नाहीत.

अंदाजे शून्य तापमानापर्यंत पोहोचणे शक्य का आहे, परंतु पूर्ण शून्य नाही?

जेव्हा विज्ञान पूर्ण शून्याचे अत्यंत कमी तापमान गाठण्याच्या जवळ येईल तेव्हा काय होईल हे केवळ थर्मोडायनामिक्स आणि क्वांटम भौतिकशास्त्राच्या सिद्धांतामध्येच राहते. सरावात निरपेक्ष शून्य तापमान मिळू शकत नाही याचे कारण काय आहे?

जास्तीत जास्त उर्जा कमी झाल्यामुळे पदार्थाला सर्वात कमी मर्यादेपर्यंत थंड करण्याच्या सर्व ज्ञात प्रयत्नांमुळे पदार्थाची उष्णता क्षमता देखील किमान मूल्यापर्यंत पोहोचली. रेणू यापुढे उर्वरित उर्जा सोडण्यास सक्षम नव्हते. परिणामी, शीतकरण प्रक्रिया पूर्ण शून्यावर पोहोचल्याशिवाय थांबली.

निरपेक्ष शून्य तापमानाच्या जवळ असलेल्या परिस्थितीत धातूंच्या वर्तनाचा अभ्यास करताना, शास्त्रज्ञांना आढळले की तापमानात जास्तीत जास्त घट झाल्यास प्रतिकारशक्ती कमी होते.

परंतु अणू आणि रेणूंच्या हालचाली थांबविण्यामुळे केवळ क्रिस्टल जाळी तयार झाली, ज्याद्वारे उत्तीर्ण इलेक्ट्रॉन त्यांच्या उर्जेचा काही भाग स्थिर अणूंमध्ये हस्तांतरित करतात. पुन्हा, निरपेक्ष शून्यावर पोहोचणे शक्य नव्हते.

2003 मध्ये, तापमान पूर्ण शून्यापेक्षा 1°C कमी होते. नासाच्या संशोधकांनी प्रयोग करण्यासाठी Na रेणूचा वापर केला, जो नेहमी चुंबकीय क्षेत्रात असतो आणि त्याची ऊर्जा सोडली.

येल युनिव्हर्सिटीच्या शास्त्रज्ञांनी सर्वात जवळची यश मिळवली, ज्यांनी 2014 मध्ये 0.0025 केल्विनचा आकडा गाठला. परिणामी कंपाऊंड, स्ट्रॉन्टियम मोनोफ्लोराइड (SrF), फक्त 2.5 सेकंद टिकले. आणि शेवटी ते अणूंमध्ये विघटित झाले.

आपल्या विश्वातील सर्वात थंड ठिकाण कोठे आहे असे तुम्हाला वाटते? आज ही पृथ्वी आहे. उदाहरणार्थ, चंद्राच्या पृष्ठभागाचे तापमान -227 अंश सेल्सिअस आहे आणि आपल्या सभोवतालच्या व्हॅक्यूमचे तापमान शून्यापेक्षा 265 अंश खाली आहे. तथापि, पृथ्वीवरील प्रयोगशाळेत, अति-कमी तापमानात सामग्रीच्या गुणधर्मांचा अभ्यास करण्यासाठी एखादी व्यक्ती खूप कमी तापमान मिळवू शकते. सामग्री, वैयक्तिक अणू आणि अगदी प्रकाश, अत्यंत थंड होण्याच्या अधीन, असामान्य गुणधर्म प्रदर्शित करू लागतात.

या प्रकारचा पहिला प्रयोग 20 व्या शतकाच्या सुरूवातीस भौतिकशास्त्रज्ञांनी केला ज्यांनी अति-कमी तापमानात पाराच्या विद्युत गुणधर्मांचा अभ्यास केला. -262 अंश सेल्सिअसवर, पारा सुपरकंडक्टिंग गुणधर्म प्रदर्शित करण्यास सुरवात करतो, ज्यामुळे विद्युत प्रवाहाचा प्रतिकार जवळजवळ शून्यावर येतो. पुढील प्रयोगांनी थंड केलेल्या पदार्थांचे इतर मनोरंजक गुणधर्म देखील उघड केले, ज्यात अतिप्रवाहाचा समावेश आहे, जो घन विभाजनांद्वारे आणि बंद कंटेनरमधून पदार्थाच्या "गळती" मध्ये व्यक्त केला जातो.

विज्ञानाने सर्वात कमी साध्य करण्यायोग्य तापमान - उणे 273.15 अंश सेल्सिअस निर्धारित केले आहे, परंतु व्यावहारिकदृष्ट्या असे तापमान अप्राप्य आहे. व्यवहारात, तापमान हे एखाद्या वस्तूमध्ये असलेल्या ऊर्जेचे अंदाजे मोजमाप आहे, म्हणून निरपेक्ष शून्य हे सूचित करते की शरीर काहीही उत्सर्जित करत नाही आणि त्या वस्तूमधून कोणतीही ऊर्जा काढली जाऊ शकत नाही. परंतु असे असूनही, शास्त्रज्ञ पूर्ण शून्य तापमानाच्या शक्य तितक्या जवळ जाण्याचा प्रयत्न करीत आहेत; सध्याचा विक्रम 2003 मध्ये मॅसॅच्युसेट्स इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजीच्या प्रयोगशाळेत स्थापित करण्यात आला होता. शास्त्रज्ञ निरपेक्ष शून्यापेक्षा फक्त 810 अब्जांश अंश कमी आहेत. त्यांनी सोडियम अणूंचा ढग थंड केला, जो एका शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्राने जागी ठेवला.

असे दिसते - अशा प्रयोगांचा व्यावहारिक अर्थ काय आहे? असे दिसून आले की संशोधकांना बोस-आईनस्टाईन कंडेन्सेटसारख्या संकल्पनेत रस आहे, जी पदार्थाची एक विशेष अवस्था आहे - वायू, घन किंवा द्रव नाही, परंतु त्याच क्वांटम स्थितीसह अणूंचा ढग आहे. पदार्थाचे हे स्वरूप 1925 मध्ये आइन्स्टाईन आणि भारतीय भौतिकशास्त्रज्ञ सत्येंद्र बोस यांनी भाकीत केले होते आणि ते केवळ 70 वर्षांनंतर प्राप्त झाले. पदार्थाची ही स्थिती प्राप्त करणार्‍या शास्त्रज्ञांपैकी एक म्हणजे वुल्फगँग केटरले, ज्यांना त्यांच्या शोधाबद्दल भौतिकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक मिळाले.

बोस-आईनस्टाईन कंडेन्सेट्स (बीईसी) च्या उल्लेखनीय गुणधर्मांपैकी एक म्हणजे प्रकाश किरणांच्या हालचालींवर नियंत्रण ठेवण्याची क्षमता. व्हॅक्यूममध्ये, प्रकाश 300,000 किमी प्रति सेकंदाच्या वेगाने प्रवास करतो आणि हा विश्वातील जास्तीत जास्त वेग आहे. परंतु प्रकाश निर्वात न राहता पदार्थातून प्रवास केल्यास तो अधिक संथ गतीने प्रवास करू शकतो. KBE च्या मदतीने, तुम्ही प्रकाशाची हालचाल कमी वेगाने कमी करू शकता आणि थांबवू शकता. कंडेन्सेटच्या तापमानामुळे आणि घनतेमुळे, प्रकाश उत्सर्जन कमी होते आणि "कॅप्चर" केले जाऊ शकते आणि थेट विद्युत प्रवाहात रूपांतरित केले जाऊ शकते. हा प्रवाह दुसर्‍या CBE क्लाउडमध्ये हस्तांतरित केला जाऊ शकतो आणि परत प्रकाश किरणोत्सर्गात रूपांतरित केला जाऊ शकतो. या क्षमतेला दूरसंचार आणि संगणकीय क्षेत्रात जास्त मागणी आहे. येथे मला थोडेसे समजले नाही - शेवटी, प्रकाश लहरींचे विजेमध्ये रूपांतर करणारी उपकरणे आणि त्याउलट आधीच अस्तित्वात आहेत... वरवर पाहता, CBE चा वापर हे रूपांतरण जलद आणि अधिक अचूकपणे पार पाडू देतो.

शास्त्रज्ञ निरपेक्ष शून्य मिळविण्यासाठी इतके उत्सुक का आहेत याचे एक कारण म्हणजे आपल्या विश्वात काय घडत आहे आणि घडले आहे, त्यात कोणते थर्मोडायनामिक नियम लागू होतात हे समजून घेण्याचा प्रयत्न आहे. त्याच वेळी, संशोधकांना हे समजते की अणूपासून शेवटपर्यंत सर्व ऊर्जा काढणे व्यावहारिकदृष्ट्या अप्राप्य आहे.

जेव्हा हवामान अहवाल शून्याच्या जवळ तापमानाचा अंदाज लावतो, तेव्हा तुम्ही स्केटिंग रिंकवर जाऊ नये: बर्फ वितळेल. बर्फ वितळण्याचे तापमान शून्य अंश सेल्सिअस मानले जाते, सर्वात सामान्य तापमान स्केल.
आम्ही नकारात्मक अंश सेल्सिअस स्केल - अंशांशी परिचित आहोत<ниже нуля>, थंडीचे अंश. पृथ्वीवरील सर्वात कमी तापमान अंटार्क्टिकामध्ये नोंदवले गेले: -88.3°C. पृथ्वीच्या बाहेरही कमी तापमान शक्य आहे: चंद्राच्या मध्यरात्री चंद्राच्या पृष्ठभागावर ते -160 डिग्री सेल्सियसपर्यंत पोहोचू शकते.
परंतु अनियंत्रितपणे कमी तापमान कुठेही अस्तित्वात असू शकत नाही. अत्यंत कमी तापमान - पूर्ण शून्य - सेल्सिअस स्केलवर - 273.16° शी संबंधित आहे.
परिपूर्ण तापमान स्केल, केल्विन स्केल, निरपेक्ष शून्यातून उद्भवते. 273.16° केल्विनवर बर्फ वितळतो आणि पाणी 373.16° K वर उकळते. अशाप्रकारे, डिग्री K हे अंश से. बरोबर असते. पण केल्विन स्केलवर, सर्व तापमान सकारात्मक असतात.
0°K ही थंड मर्यादा का आहे?
उष्णता ही पदार्थाच्या अणू आणि रेणूंची गोंधळलेली हालचाल आहे. जेव्हा एखादा पदार्थ थंड केला जातो तेव्हा त्यातून थर्मल ऊर्जा काढून टाकली जाते आणि कणांची यादृच्छिक हालचाल कमकुवत होते. अखेरीस, मजबूत थंड सह, थर्मल<пляска>कण जवळजवळ पूर्णपणे थांबतात. अणू आणि रेणू पूर्णपणे शून्य मानल्या जाणार्‍या तापमानात पूर्णपणे गोठतील. क्वांटम मेकॅनिक्सच्या तत्त्वांनुसार, निरपेक्ष शून्यावर ही कणांची थर्मल गती असेल जी थांबेल, परंतु कण स्वतःच गोठणार नाहीत, कारण ते पूर्ण विश्रांती घेऊ शकत नाहीत. अशा प्रकारे, निरपेक्ष शून्यावर, कणांनी अजूनही काही प्रकारची गती राखली पाहिजे, ज्याला शून्य गती म्हणतात.

तथापि, एखाद्या पदार्थाला निरपेक्ष शून्यापेक्षा कमी तापमानापर्यंत थंड करणे ही संकल्पना, म्हणा, हेतूप्रमाणेच निरर्थक आहे.<идти медленнее, чем стоять на месте>.

शिवाय, अगदी अचूक निरपेक्ष शून्य गाठणेही जवळजवळ अशक्य आहे. आपण फक्त त्याच्या जवळ जाऊ शकता. कारण कोणत्याही प्रकारे तुम्ही पदार्थातील सर्व थर्मल ऊर्जा काढून घेऊ शकत नाही. काही थर्मल उर्जा सर्वात खोल थंड होण्याच्या ठिकाणी राहते.
तुम्ही अति-कमी तापमान कसे मिळवाल?
पदार्थ गोठवणे हे गरम करण्यापेक्षा कठीण असते. हे स्टोव्ह आणि रेफ्रिजरेटरच्या डिझाइनच्या तुलनेत देखील पाहिले जाऊ शकते.
बहुतेक घरगुती आणि औद्योगिक रेफ्रिजरेटर्समध्ये, विशेष द्रव - फ्रीॉनच्या बाष्पीभवनामुळे उष्णता काढून टाकली जाते, जी धातूच्या नळ्यांमधून फिरते. रहस्य हे आहे की फ्रीॉन केवळ कमी तापमानात द्रव स्थितीत राहू शकतो. रेफ्रिजरेटरच्या डब्यात, चेंबरच्या उष्णतेमुळे, ते गरम होते आणि उकळते, वाफेमध्ये बदलते. परंतु स्टीम कॉम्प्रेसरद्वारे संकुचित होते, द्रवीकृत होते आणि बाष्पीभवनात प्रवेश करते, बाष्पीभवन फ्रीॉनचे नुकसान भरून काढते. कंप्रेसर चालवण्यासाठी ऊर्जा वापरली जाते.
खोल कूलिंग उपकरणांमध्ये, शीत वाहक एक अल्ट्रा-कोल्ड द्रव आहे - द्रव हीलियम. रंगहीन, हलका (पाण्यापेक्षा 8 पट हलका), ते वातावरणाच्या दाबाखाली 4.2°K आणि व्हॅक्यूममध्ये 0.7°K वर उकळते. हेलियमच्या प्रकाश समस्थानिकेद्वारे आणखी कमी तापमान दिले जाते: 0.3°K.
कायमस्वरूपी हेलियम रेफ्रिजरेटर सेट करणे खूप कठीण आहे. संशोधन फक्त द्रव हीलियम असलेल्या बाथमध्ये केले जाते. आणि या वायूचे द्रवीकरण करण्यासाठी, भौतिकशास्त्रज्ञ वेगवेगळ्या तंत्रांचा वापर करतात. उदाहरणार्थ, प्री-कूल्ड आणि कॉम्प्रेस्ड हेलियमचा विस्तार केला जातो, एका पातळ छिद्रातून व्हॅक्यूम चेंबरमध्ये सोडला जातो. त्याच वेळी, तापमान आणखी कमी होते आणि काही वायू द्रवात बदलतात. केवळ थंड झालेल्या वायूचा विस्तार करण्यासाठीच नव्हे तर त्याला काम करण्यास भाग पाडणे देखील अधिक कार्यक्षम आहे - पिस्टन हलवा.
परिणामी द्रव हीलियम विशेष थर्मोसेस - देवर फ्लास्कमध्ये साठवले जाते. या अतिशय थंड द्रवाची किंमत (एकमात्र एक जो पूर्ण शून्यावर गोठत नाही) खूप जास्त आहे. तरीसुद्धा, आजकाल द्रव हीलियमचा वापर अधिकाधिक प्रमाणात केला जातो, केवळ विज्ञानातच नाही तर विविध तांत्रिक उपकरणांमध्येही.
सर्वात कमी तापमान वेगळ्या पद्धतीने गाठले गेले. असे दिसून आले की काही क्षारांचे रेणू, उदाहरणार्थ पोटॅशियम क्रोमियम अलम, चुंबकीय शक्तीच्या रेषांवर फिरू शकतात. हे मीठ 1°K पर्यंत द्रव हेलियमसह पूर्व-थंड केले जाते आणि मजबूत चुंबकीय क्षेत्रात ठेवले जाते. या प्रकरणात, रेणू शक्तीच्या रेषांसह फिरतात आणि सोडलेली उष्णता द्रव हीलियमद्वारे काढून घेतली जाते. मग चुंबकीय क्षेत्र अचानक काढून टाकले जाते, रेणू पुन्हा वेगवेगळ्या दिशेने वळतात आणि खर्च होतात.

या कामामुळे मीठ आणखी थंड होते. अशाप्रकारे आपण 0.001° K तापमान मिळवले. तत्त्वतः समान पद्धती वापरून, इतर पदार्थांचा वापर करून, आपण आणखी कमी तापमान मिळवू शकतो.
पृथ्वीवर आतापर्यंत मिळालेले सर्वात कमी तापमान 0.00001° K आहे.

अतिप्रवाह

द्रव हीलियमच्या आंघोळीमध्ये अति-कमी तापमानात गोठलेला पदार्थ लक्षणीय बदलतो. रबर ठिसूळ बनते, शिसे पोलादासारखे कठोर बनते आणि लवचिक बनते, अनेक मिश्रधातू शक्ती वाढवतात.

द्रव हीलियम स्वतःच विचित्र पद्धतीने वागतो. 2.2° K पेक्षा कमी तापमानात, ते सामान्य द्रवांसाठी अभूतपूर्व गुणधर्म प्राप्त करते - अतिप्रवाह: त्यातील काही पूर्णपणे स्निग्धता गमावतात आणि कोणत्याही घर्षणाशिवाय सर्वात अरुंद क्रॅकमधून वाहतात.
ही घटना 1937 मध्ये सोव्हिएत भौतिकशास्त्रज्ञ अकादमीशियन पी. जेआय यांनी शोधली होती. कपित्सा, नंतर अकादमीशियन जेआय यांनी स्पष्ट केले. डी. लांडौ.
असे दिसून येते की अति-कमी तापमानात पदार्थाच्या वर्तनाचे क्वांटम नियम लक्षात घेण्याजोगे प्रभाव पाडू लागतात. यापैकी एका कायद्याची आवश्यकता असल्याने, ऊर्जा शरीरातून शरीरात केवळ सु-परिभाषित भागांमध्ये हस्तांतरित केली जाऊ शकते - क्वांटा. द्रव हीलियममध्ये उष्णतेचे प्रमाण इतके कमी आहे की ते सर्व अणूंसाठी पुरेसे नाहीत. द्रवाचा भाग, उष्णतेचे प्रमाण नसलेला, पूर्णपणे शून्य तापमानाप्रमाणेच राहतो; त्याचे अणू यादृच्छिक थर्मल गतीमध्ये अजिबात भाग घेत नाहीत आणि पात्राच्या भिंतींशी कोणत्याही प्रकारे संवाद साधत नाहीत. या भागामध्ये (याला हेलियम-एच म्हटले जात होते) अतिप्रवाह आहे. जसजसे तापमान कमी होते तसतसे हेलियम-पी अधिकाधिक विपुल होत जाते आणि पूर्ण शून्यावर सर्व हेलियम हेलियम-एच मध्ये बदलते.
अतिप्रलयतेचा आता सविस्तर अभ्यास केला गेला आहे आणि त्याला एक उपयुक्त व्यावहारिक अनुप्रयोग देखील सापडला आहे: त्याच्या मदतीने हेलियम समस्थानिक वेगळे करणे शक्य आहे.

सुपरकंडक्टिव्हिटी

निरपेक्ष शून्याजवळ, काही पदार्थांच्या विद्युत गुणधर्मांमध्ये अत्यंत मनोरंजक बदल घडतात.
1911 मध्ये, डच भौतिकशास्त्रज्ञ कॅमरलिंग ओनेस यांनी एक अनपेक्षित शोध लावला: असे दिसून आले की 4.12 ° के तापमानात, पारामधील विद्युत प्रतिकार पूर्णपणे अदृश्य होतो. बुध एक सुपरकंडक्टर बनतो. सुपरकंडक्टिंग रिंगमध्ये प्रेरित विद्युत प्रवाह मरत नाही आणि जवळजवळ कायमचा वाहू शकतो.
अशा रिंगच्या वर, एक सुपरकंडक्टिंग बॉल हवेत तरंगेल आणि पडणार नाही, एखाद्या परीकथेप्रमाणे<гроб Магомета>, कारण त्याच्या गुरुत्वाकर्षणाची भरपाई रिंग आणि बॉलमधील चुंबकीय प्रतिकर्षणाद्वारे केली जाते. शेवटी, रिंगमध्ये सतत चालू राहण्यामुळे चुंबकीय क्षेत्र तयार होईल आणि ते, बॉलमध्ये विद्युत प्रवाह आणि त्याच्या विरुद्ध दिशानिर्देशित चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करेल.
पारा व्यतिरिक्त, कथील, शिसे, जस्त आणि अॅल्युमिनियममध्ये परिपूर्ण शून्याच्या जवळ सुपरकंडक्टिव्हिटी असते. हा गुणधर्म 23 घटकांमध्ये आणि शंभरहून अधिक वेगवेगळ्या मिश्रधातू आणि इतर रासायनिक संयुगांमध्ये आढळून आला आहे.
ज्या तापमानात सुपरकंडक्टिव्हिटी दिसून येते (गंभीर तापमान) बर्‍यापैकी विस्तृत श्रेणी व्यापते - 0.35° K (हॅफनियम) ते 18° K (नायोबियम-टिन मिश्र धातु).
सुपरकंडक्टिव्हिटीची घटना, जसे की सुपर-
तरलतेचा तपशीलवार अभ्यास केला आहे. सामग्रीच्या अंतर्गत संरचनेवर आणि बाह्य चुंबकीय क्षेत्रावर गंभीर तापमानाचे अवलंबित्व आढळले. सुपरकंडक्टिव्हिटीचा एक सखोल सिद्धांत विकसित केला गेला (सोव्हिएत शास्त्रज्ञ अकादमीशियन एन. एन. बोगोल्युबोव्ह यांनी महत्त्वपूर्ण योगदान दिले होते).
या विरोधाभासी घटनेचे सार पुन्हा पूर्णपणे क्वांटम आहे. अत्यंत कमी तापमानात, इलेक्ट्रॉन आत

सुपरकंडक्टर जोडीने बांधलेल्या कणांची एक प्रणाली बनवते जी क्रिस्टल जाळीला ऊर्जा देऊ शकत नाही किंवा ते गरम केल्यावर ऊर्जा वाया घालवू शकत नाही. इलेक्ट्रॉनच्या जोड्या जणू हलतात<танцуя>, यांच्यातील<прутьями решетки>- आयन आणि टक्कर आणि ऊर्जा हस्तांतरणाशिवाय त्यांना बायपास करतात.
तंत्रज्ञानामध्ये सुपरकंडक्टिव्हिटीचा वापर वाढत्या प्रमाणात होत आहे.
उदाहरणार्थ, सुपरकंडक्टिंग सोलेनोइड्सचा वापर व्यवहारात केला जातो - द्रव हीलियममध्ये बुडलेल्या सुपरकंडक्टरचे कॉइल. एकदा प्रेरित विद्युत् प्रवाह आणि परिणामी, चुंबकीय क्षेत्र हवे तितक्या काळासाठी त्यांच्यामध्ये साठवले जाऊ शकते. ते एका अवाढव्य आकारापर्यंत पोहोचू शकते - 100,000 पेक्षा जास्त. भविष्यात, शक्तिशाली औद्योगिक सुपरकंडक्टिंग उपकरणे निःसंशयपणे दिसून येतील - इलेक्ट्रिक मोटर्स, इलेक्ट्रोमॅग्नेट्स इ.
रेडिओ इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये, अल्ट्रा-सेन्सिटिव्ह अॅम्प्लिफायर्स आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींचे जनरेटर, जे विशेषतः द्रव हेलियमसह बाथमध्ये चांगले कार्य करतात, महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावू लागतात - तेथे अंतर्गत<шумы>उपकरणे इलेक्ट्रॉनिक संगणन तंत्रज्ञानामध्ये, कमी-शक्तीच्या सुपरकंडक्टिंग स्विचेस - क्रायट्रॉन्ससाठी उज्ज्वल भविष्याचे वचन दिले जाते (कला पहा.<Пути электроники>).
उच्च, अधिक प्रवेशयोग्य तापमानाच्या प्रदेशात अशा उपकरणांचे कार्य पुढे नेणे किती मोहक असेल याची कल्पना करणे कठीण नाही. अलीकडे, पॉलिमर फिल्म सुपरकंडक्टर तयार करण्याची आशा शोधली गेली आहे. अशा सामग्रीमधील विद्युत चालकतेचे विलक्षण स्वरूप खोलीच्या तापमानातही सुपरकंडक्टिव्हिटी टिकवून ठेवण्याची एक उत्तम संधी देते. ही आशा पूर्ण करण्यासाठी शास्त्रज्ञ सातत्याने मार्ग शोधत आहेत.

ताऱ्यांच्या खोलात

आणि आता जगातील सर्वात उष्ण वस्तूच्या क्षेत्राकडे पाहू - ताऱ्यांच्या खोलीत. जेथे तापमान लाखो अंशांपर्यंत पोहोचते.
ताऱ्यांमधील यादृच्छिक थर्मल गती इतकी तीव्र असते की संपूर्ण अणू तेथे अस्तित्वात असू शकत नाहीत: ते असंख्य टक्करांमध्ये नष्ट होतात.
म्हणून जो पदार्थ इतका गरम असतो तो घन किंवा द्रव किंवा वायू असू शकत नाही. हे प्लाझ्माच्या अवस्थेत आहे, म्हणजे इलेक्ट्रिकली चार्ज केलेले मिश्रण<осколков>अणू - अणू केंद्रक आणि इलेक्ट्रॉन.
प्लाझ्मा ही पदार्थाची एक अद्वितीय अवस्था आहे. त्याचे कण इलेक्ट्रिकली चार्ज केलेले असल्याने ते विद्युत आणि चुंबकीय शक्तींना संवेदनशील असतात. म्हणून, दोन अणु केंद्रकांची जवळीक (ते सकारात्मक चार्ज असतात) ही एक दुर्मिळ घटना आहे. केवळ उच्च घनता आणि प्रचंड तापमानात अणू केंद्रके एकमेकांशी आदळतात आणि एकमेकांच्या जवळ येऊ शकतात. मग थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया घडतात - ताऱ्यांसाठी ऊर्जेचा स्त्रोत.
आपल्या सर्वात जवळचा तारा, सूर्य, यात मुख्यत्वे हायड्रोजन प्लाझ्मा असतो, जो ताऱ्याच्या आतड्यांमध्ये 10 दशलक्ष अंशांपर्यंत गरम केला जातो. अशा परिस्थितीत, वेगवान हायड्रोजन न्यूक्ली - प्रोटॉनची जवळून गाठ पडते, जरी दुर्मिळ असले तरी ते घडतात. काहीवेळा जवळ येणारे प्रोटॉन एकमेकांशी संवाद साधतात: विद्युत प्रतिकर्षणावर मात केल्यावर, ते प्रचंड आकर्षणाच्या अणुशक्तीच्या सामर्थ्यात, वेगाने येतात.<падают>एकमेकांच्या वर आणि विलीन. येथे तात्काळ पुनर्रचना होते: दोन प्रोटॉनऐवजी, एक ड्यूटरॉन (जड हायड्रोजन समस्थानिकेचे केंद्रक), एक पॉझिट्रॉन आणि एक न्यूट्रिनो दिसतात. सोडलेली ऊर्जा 0.46 दशलक्ष इलेक्ट्रॉन व्होल्ट (MeV) आहे.
प्रत्येक वैयक्तिक सौर प्रोटॉन सरासरी दर 14 अब्ज वर्षांनी एकदा अशी प्रतिक्रिया करू शकतो. परंतु प्रकाशाच्या आतड्यांमध्ये इतके प्रोटॉन आहेत की येथे आणि तेथे ही संभाव्य घटना घडते - आणि आपला तारा त्याच्या सम, चमकदार ज्योतीने जळतो.
ड्युटरॉनचे संश्लेषण ही सौर थर्मोन्यूक्लियर परिवर्तनाची फक्त पहिली पायरी आहे. नवजात ड्यूटरॉन फार लवकर (सरासरी 5.7 सेकंदांनंतर) दुसर्या प्रोटॉनसह एकत्र होतो. एक हलका हेलियम न्यूक्लियस आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनचे गॅमा क्वांटम दिसतात. 5.48 MeV ऊर्जा सोडली जाते.
शेवटी, सरासरी दर दशलक्ष वर्षांनी एकदा, दोन हलके हेलियम केंद्रक एकत्र आणि एकत्र होऊ शकतात. मग सामान्य हेलियम (अल्फा कण) चे केंद्रक तयार होते आणि दोन प्रोटॉनचे विभाजन होते. 12.85 MeV ऊर्जा सोडली जाते.
हे तीन-टप्पे<конвейер>थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया एकट्या नाहीत. आण्विक परिवर्तनांची आणखी एक साखळी आहे, वेगवान. कार्बन आणि नायट्रोजनचे अणू केंद्रक त्यात भाग घेतात (उपभोग न घेता). परंतु दोन्ही पर्यायांमध्ये अल्फा कण हायड्रोजन केंद्रकांपासून संश्लेषित केले जातात. लाक्षणिकदृष्ट्या, सूर्याचा हायड्रोजन प्लाझ्मा<сгорает>मध्ये बदलत आहे<золу>- हेलियम प्लाझ्मा. आणि प्रत्येक ग्रॅम हेलियम प्लाझ्माच्या संश्लेषणादरम्यान, 175 हजार kWh ऊर्जा सोडली जाते. मोठी रक्कम!
प्रत्येक सेकंदाला सूर्य 4,1033 उर्जा उत्सर्जित करतो, 4,1012 ग्रॅम (4 दशलक्ष टन) वजन कमी करतो. परंतु सूर्याचे एकूण वस्तुमान 2,1027 टन आहे. याचा अर्थ असा की, एक दशलक्ष वर्षांत, किरणोत्सर्गामुळे सूर्य<худеет>त्याच्या वस्तुमानाचा फक्त दहा दशलक्षांश भाग. ही आकडेवारी थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियांची प्रभावीता आणि सौर ऊर्जेचे प्रचंड उष्मांक मूल्य स्पष्टपणे स्पष्ट करतात.<горючего>- हायड्रोजन.
थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन हे वरवर पाहता सर्व ताऱ्यांसाठी उर्जेचा मुख्य स्त्रोत आहे. वेगवेगळ्या तापमानात आणि तारकीय अंतर्भागाच्या घनतेवर, वेगवेगळ्या प्रकारच्या प्रतिक्रिया घडतात. विशेषतः, सौर<зола>-हेलियम न्यूक्ली - 100 दशलक्ष अंशांवर ते स्वतः थर्मोन्यूक्लियर बनते<горючим>. मग अगदी जड अणु केंद्रक - कार्बन आणि अगदी ऑक्सिजन - अल्फा कणांपासून संश्लेषित केले जाऊ शकतात.
बर्‍याच शास्त्रज्ञांच्या मते, आपली संपूर्ण मेटागॅलेक्सी देखील थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजनचे फळ आहे, जे एक अब्ज अंश तापमानात होते (कला पहा.<Вселенная вчера, сегодня и завтра>).

कृत्रिम सूर्याच्या दिशेने

थर्मोन्यूक्लियरचे असाधारण उष्मांक मूल्य<горючего>आण्विक संलयन प्रतिक्रियांची कृत्रिम अंमलबजावणी साध्य करण्यासाठी वैज्ञानिकांना प्रवृत्त केले.
<Горючего>- आपल्या ग्रहावर अनेक हायड्रोजन समस्थानिक आहेत. उदाहरणार्थ, अणुभट्ट्यांमधील लिथियम धातूपासून सुपरहेवी हायड्रोजन ट्रिटियम तयार केले जाऊ शकते. आणि जड हायड्रोजन - ड्युटेरियम हा जड पाण्याचा भाग आहे, जो सामान्य पाण्यातून काढला जाऊ शकतो.
दोन ग्लास सामान्य पाण्यातून काढलेले हेवी हायड्रोजन थर्मोन्यूक्लियर अणुभट्टीमध्ये तितकी ऊर्जा निर्माण करेल जितकी आता प्रीमियम गॅसोलीनची बॅरल जाळून तयार केली जाते.
अडचण प्रीहीट आहे<горючее>ज्या तापमानात ते शक्तिशाली थर्मोन्यूक्लियर अग्नीने प्रज्वलित होऊ शकते.
ही समस्या प्रथम हायड्रोजन बॉम्बमध्ये सोडवली गेली. तेथे हायड्रोजन समस्थानिक अणुबॉम्बच्या स्फोटाने प्रज्वलित होतात, ज्याचा पदार्थ अनेक दशलक्ष अंशांपर्यंत गरम होतो. हायड्रोजन बॉम्बच्या एका आवृत्तीमध्ये, थर्मोन्यूक्लियर इंधन हे हलके लिथियम - हलके लिथियम ड्यूटेराइडसह जड हायड्रोजनचे रासायनिक संयुग आहे. ही पांढरी पावडर, टेबल मीठासारखीच,<воспламеняясь>पासून<спички>, जो एक अणुबॉम्ब आहे, त्वरित स्फोट होतो आणि शेकडो दशलक्ष अंश तापमान तयार करतो.
शांततापूर्ण थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया सुरू करण्यासाठी, प्रथम हायड्रोजन समस्थानिकेच्या पुरेशा घनतेच्या प्लाझ्माचे छोटे डोस अणुबॉम्बच्या सेवेशिवाय शेकडो दशलक्ष अंश तापमानात कसे गरम करायचे हे शिकले पाहिजे. ही समस्या आधुनिक उपयोजित भौतिकशास्त्रातील सर्वात कठीण आहे. जगभरातील शास्त्रज्ञ अनेक वर्षांपासून यावर काम करत आहेत.
आम्ही आधीच सांगितले आहे की ही कणांची गोंधळलेली हालचाल आहे ज्यामुळे शरीर गरम होते आणि त्यांच्या यादृच्छिक हालचालीची सरासरी उर्जा तापमानाशी संबंधित असते. थंड शरीर तापविणे म्हणजे कोणत्याही प्रकारे हा विकार निर्माण करणे होय.
कल्पना करा की धावपटूंचे दोन गट एकमेकांकडे धावत आहेत. त्यामुळे ते आदळले, मिसळले, क्रश आणि गोंधळ सुरू झाला. मोठा गोंधळ!
त्याच प्रकारे, भौतिकशास्त्रज्ञांनी सुरुवातीला उच्च-दाब वायू जेटांना टक्कर देऊन उच्च तापमान मिळविण्याचा प्रयत्न केला. गॅस 10 हजार अंशांपर्यंत गरम झाला. एकेकाळी हा एक विक्रम होता: तापमान सूर्याच्या पृष्ठभागापेक्षा जास्त होते.
परंतु या पद्धतीसह, गॅसचे पुढे, ऐवजी मंद, स्फोटक नसलेले गरम करणे अशक्य आहे, कारण थर्मल डिसऑर्डर त्वरित सर्व दिशेने पसरते, प्रायोगिक कक्ष आणि वातावरणाच्या भिंती गरम करते. परिणामी उष्णता त्वरीत प्रणाली सोडते, आणि ते वेगळे करणे अशक्य आहे.
जर गॅस जेट प्लाझ्मा प्रवाहांद्वारे बदलले गेले तर थर्मल इन्सुलेशनची समस्या खूप कठीण राहते, परंतु त्याचे निराकरण होण्याची आशा देखील आहे.
हे खरे आहे की, अगदी अत्यंत दुर्दम्य पदार्थापासून बनवलेल्या वाहिन्यांद्वारे प्लाझ्माला उष्णतेच्या नुकसानापासून संरक्षित केले जाऊ शकत नाही. घन भिंतींच्या संपर्कात, गरम प्लाझ्मा ताबडतोब थंड होतो. परंतु आपण प्लाझ्माला व्हॅक्यूममध्ये संचयित करून धरून आणि गरम करण्याचा प्रयत्न करू शकता जेणेकरून ते चेंबरच्या भिंतींना स्पर्श करणार नाही, परंतु शून्यतेत लटकले जाईल, कशालाही स्पर्श न करता. येथे आपण या वस्तुस्थितीचा फायदा घेतला पाहिजे की प्लाझ्मा कण वायूच्या अणूंसारखे तटस्थ नसतात, परंतु विद्युत चार्ज केलेले असतात. म्हणून, हलताना, ते चुंबकीय शक्तींच्या संपर्कात असतात. कार्य उद्भवते: विशेष कॉन्फिगरेशनचे चुंबकीय क्षेत्र तयार करणे ज्यामध्ये गरम प्लाझ्मा अदृश्य भिंती असलेल्या पिशवीत लटकत असेल.
अशा प्लाझ्माचा सर्वात सोपा प्रकार आपोआप तयार होतो जेव्हा विद्युत प्रवाहाच्या मजबूत नाडी प्लाझ्मामधून जातात. या प्रकरणात, चुंबकीय शक्ती प्लाझ्मा कॉर्डच्या सभोवताली प्रेरित केल्या जातात, ज्या कॉर्डला संकुचित करतात. प्लाझ्मा डिस्चार्ज ट्यूबच्या भिंतीपासून वेगळे केले जाते आणि कणांच्या क्रशमध्ये कॉर्डच्या अक्षावर तापमान 2 दशलक्ष अंशांपर्यंत वाढते.
आपल्या देशात, असे प्रयोग 1950 मध्ये शिक्षणतज्ज्ञ JI च्या नेतृत्वाखाली केले गेले. ए. आर्टसिमोविच आणि एम. ए. लिओनटोविच.
प्रयोगांची आणखी एक दिशा म्हणजे चुंबकीय बाटलीचा वापर, 1952 मध्ये सोव्हिएत भौतिकशास्त्रज्ञ जी.आय. बुडकर, जे आता शिक्षणतज्ज्ञ आहेत, यांनी प्रस्तावित केले होते. चुंबकीय बाटली कॉर्क चेंबरमध्ये ठेवली जाते - बाह्य विंडिंगसह सुसज्ज एक दंडगोलाकार व्हॅक्यूम चेंबर, जो चेंबरच्या शेवटी घनरूप असतो. विंडिंगमधून वाहणारा विद्युत प्रवाह चेंबरमध्ये चुंबकीय क्षेत्र तयार करतो. त्याच्या मध्यभागी असलेल्या फील्ड रेषा सिलेंडरच्या जनरेटिसिसच्या समांतर स्थित आहेत आणि टोकांना ते संकुचित केले जातात आणि चुंबकीय प्लग तयार करतात. चुंबकीय बाटलीमध्ये इंजेक्ट केलेले प्लाझ्मा कण फील्ड रेषांभोवती कर्ल करतात आणि प्लगमधून परावर्तित होतात. परिणामी, प्लाझ्मा काही काळ बाटलीच्या आत ठेवला जातो. जर बाटलीमध्ये आणलेल्या प्लाझ्मा कणांची उर्जा पुरेशी जास्त असेल आणि ते पुरेसे असतील तर ते जटिल शक्तीच्या परस्परसंवादात प्रवेश करतात, त्यांची सुरुवातीची ऑर्डर केलेली हालचाल गोंधळून जाते, विस्कळीत होते - हायड्रोजन केंद्रकांचे तापमान लाखो पर्यंत वाढते. अंश
अतिरिक्त हीटिंग इलेक्ट्रोमॅग्नेटिकद्वारे प्राप्त होते<ударами>प्लाझ्मा, चुंबकीय क्षेत्राचे कॉम्प्रेशन इ. द्वारे. आता जड हायड्रोजन केंद्रकांचा प्लाझ्मा शेकडो दशलक्ष अंशांपर्यंत गरम केला जातो. खरे आहे, हे एकतर थोड्या काळासाठी किंवा कमी प्लाझ्मा घनतेवर केले जाऊ शकते.
स्वयं-टिकाऊ प्रतिक्रिया सुरू करण्यासाठी, प्लाझ्माचे तापमान आणि घनता आणखी वाढवणे आवश्यक आहे. हे साध्य करणे कठीण आहे. तथापि, शास्त्रज्ञांना खात्री आहे की ही समस्या निःसंशयपणे सोडवण्यायोग्य आहे.

जी.बी. अँफिलोव्ह

छायाचित्रे पोस्ट करणे आणि आमच्या वेबसाइटवरील लेखांचा उद्धृत इतर स्त्रोतांवर करण्याची परवानगी आहे जर स्त्रोत आणि छायाचित्रांची लिंक प्रदान केली असेल.