Cómo medir una temperatura de 100 millones de grados. ¿Se pueden medir menos 100 millones de grados?
Respuesta corta:
Se puede calcular una temperatura de 100 millones de grados midiendo ondas electromagnéticas (ondas de radio, rayos infrarrojos, luz visible, rayos ultravioleta, rayos X, etc.) relacionado con la temperatura. . .
Menos 100 millones de grados no existen. La temperatura más baja (cero absoluto) es -273,15 grados centígrados. . .
Respuesta detallada:
A principios de 2010, los científicos estadounidenses establecieron un récord de temperatura de 4 billones de grados Celsius en un entorno de laboratorio para simular la situación después del "Big Bang" del universo. y proporcionan una base para explorar el universo. Las causas proporcionan el material.
Este experimento fue completado por el Laboratorio Nacional de Brookhaven en Estados Unidos y fue anunciado por el líder del equipo de investigación, Steven Vigdor, con motivo de la reunión de la Sociedad Americana de Física en Washington, DC, el pasado mes de febrero. 15.
El Laboratorio Nacional de Brookhaven forma parte del Departamento de Energía de Estados Unidos y está ubicado en Upton, Nueva York.
El laboratorio cuenta con un Colisionador Relativista de Iones Pesados (RHIC) con una circunferencia de bucle de 3,8 kilómetros y está construido a 4 metros bajo tierra. Utiliza iones de oro de metales preciosos como materiales para acelerar y lograr mil millones de colisiones de alto nivel. temperaturas que duran una milésima de segundo o milisegundos.
“El objetivo del diseño de RHIC”, dijo Vigdor, “es simular la temperatura en la etapa inicial de la formación del universo y producir la materia correspondiente”.
Para una alta temperatura de 4 billones de grados centígrados La confirmación se realiza por ordenador.
¿Cómo se "mide" una temperatura elevada de 4 billones de grados? ¿Qué significa esa temperatura?
Intuitivamente, la temperatura está relacionada con la sensación de frío y calor de las personas. El calor y el frío son uno de los fenómenos que el ser humano más intuitivamente puede sentir, pero al mismo tiempo son los últimos en comprenderse. Desde el nacimiento de la humanidad, hemos notado primaveras cálidas e inviernos fríos. La termodinámica, el estudio científico del calor, apareció recién en 1656. En ese momento, el científico irlandés Boyle y el científico inglés Hooker continuaron la investigación del vacío de gas iniciada por el experimento del "hemisferio de Magdeburgo" y finalmente descubrieron que existe una relación compleja entre el volumen, la presión y la temperatura del gas.
En 1714, el holandés Daniel Fahrenheit mejoró el termómetro de mercurio, estableció la escala de temperatura Fahrenheit y estableció un estándar único para la medición de la temperatura, colocando la ciencia térmica a la vanguardia de la ciencia experimental. En 1824, el científico francés Carnot fue el primero en relacionar calor y energía, y fue el verdadero fundador de las bases teóricas de la termodinámica. Después de doscientos años de arduo trabajo por parte de muchos científicos, en 1912, después de que Walther Hermann Nernst propusiera la tercera ley de la termodinámica, la gente tuvo una comprensión correcta de la naturaleza del calor y gradualmente estableció una teoría científica del calor.
Celsius es una escala de temperatura muy utilizada en el mundo. Fue propuesto por el astrónomo sueco Anders Celsius en el siglo XVIII. En 1 atmósfera estándar, fijó el punto de ebullición del agua en 100°C y el punto de congelación del agua en 0°C, los cuales se dividieron en 100 partes iguales, y 1 parte igual se dividió en 1 grado Celsius. Este tipo de termómetro se llama escala de temperatura Celsius (también llamada escala de temperatura porcentual). Para conmemorar el grado Celsius, las generaciones posteriores utilizaron la primera letra "C" de su nombre para representarlo.
En Estados Unidos se utiliza la escala de temperatura Fahrenheit. La escala de temperatura Fahrenheit fue desarrollada en 1714 por el holandés Wallenheit. Este año fabricó el primer termómetro de mercurio en vidrio. En la escala Fahrenheit, la mezcla de hielo y agua es 32 ℉ (el punto de congelación), mientras que el punto de ebullición del agua es 212 ℉.
Se puede ver que las ideas de temperatura Celsius y temperatura Fahrenheit son exactamente iguales, excepto que el punto 0 es diferente y el tamaño de la escala también es diferente. En términos de rango de temperatura, 1 grado en la escala Celsius es igual a 9/5 grados en la escala Fahrenheit, y 0 ℃ equivale a 32 ℉, así que resta 32 a Fahrenheit y multiplica por 5/9 para obtener Celsius. Usando esta fórmula de conversión, puedes saber que "451 grados Fahrenheit" equivalen a 233 grados Celsius y "102 grados Fahrenheit" equivalen a 39 grados Celsius;
Con un termómetro, las personas pueden estudiar el calor de manera más profunda y precisa. Al principio, los científicos pensaban que el calor era una sustancia separada. Esta teoría se llama "teoría calórica". Este punto de vista considera el proceso de transferencia de calor como un proceso de flujo de "masa de calor" y produce la "ley de conservación de la masa de calor". Esta teoría no puede explicar la generación de calor por fricción, por lo que ha sido cuestionada. En 1798, el físico británico Rumford propuso que el calor es una forma de movimiento de la materia mediante experimentos sobre la generación de calor por fricción.
En 1799, el experimento del científico británico David de frotar hielo contra agua anuló la teoría calórica.
Ahora, los científicos han confirmado que el calor no es una sustancia separada, sino un fenómeno causado por el movimiento irregular de partículas dentro de la sustancia, y la temperatura es una forma de medir la intensidad de este movimiento irregular. Por lo tanto, podemos entender aproximadamente la temperatura de esta manera: una temperatura alta significa que la velocidad del movimiento irregular de las partículas en el material es grande y, a la inversa, significa que la velocidad del movimiento aleatorio de las partículas en el material es pequeña. De hecho, las partículas de la materia se mueven a diferentes velocidades y la temperatura es "un indicador de la intensidad promedio (energía cinética) del movimiento de las partículas".
Según la definición de temperatura, ya sea Celsius o Fahrenheit, su "grado cero" no es realmente "grado cero". Porque a esta temperatura las partículas del objeto todavía se mueven con bastante violencia. Los científicos creen que esta temperatura mínima existe y se llama "cero absoluto", que equivale a -273,15°C. Sin embargo, en ninguna parte del universo hay cero absoluto, porque mientras haya materia, ésta se verá afectada en cierta medida por la radiación circundante y otros factores, provocando el movimiento de las partículas. La temperatura de la Nebulosa Boomerang, el objeto más frío del universo, es de -272°C. Al mismo tiempo, según la tercera ley de la termodinámica, el calor sólo puede transferirse de un objeto con alta temperatura a un objeto con baja temperatura. Para enfriar un objeto al cero absoluto, sólo puede absorber su calor con un objeto. Por debajo de esta temperatura. Esto definitivamente no es posible, por lo que es imposible crear un cero absoluto artificialmente. Existe el "cero absoluto" y la "temperatura absoluta". La temperatura absoluta toma el cero absoluto como cero y el intervalo de temperatura es el mismo que los grados Celsius. Su unidad es Kelvin (K). La temperatura absoluta es igual a la temperatura Celsius más 273,15.
Al tener definidos los cero grados, podemos definir temperaturas más altas. Los termómetros de mercurio se fabrican basándose en el principio de expansión del mercurio cuando se calienta y se contrae cuando se enfría. Generalmente sólo se puede utilizar para medir temperaturas inferiores a 150°C. Una vez que la temperatura supera los 2000°C, cualquier termómetro de contacto que requiera transferencia de calor es inútil. Sin embargo, los científicos de la transferencia de calor pueden medir temperaturas sin contacto. Basándose en la relación entre temperatura y energía, los científicos pueden calcular las longitudes de onda de las ondas electromagnéticas emitidas a diferentes temperaturas. Las ondas electromagnéticas se dividen en diferentes longitudes de onda de larga a corta, seguidas de las ondas de radio, los rayos infrarrojos, la luz visible, los rayos ultravioleta, los rayos X, etc. En términos generales, cuanto más corta es la longitud de onda de las ondas electromagnéticas, mayor es la energía que transportan. Por lo tanto, cuanto mayor es la temperatura de un objeto, más componentes de longitud de onda corta contiene en las ondas electromagnéticas que emite. Por tanto, podemos observar las ondas electromagnéticas emitidas por los cuerpos celestes a través de un telescopio astronómico para comprender sus temperaturas. Usando este método, podemos saber que la temperatura central del Sol es de aproximadamente 20 millones de grados.
Los científicos estadounidenses han creado una temperatura elevada de 4 billones de grados en el colisionador bariónico relativista. Estos datos se calculan a partir de la energía de las partículas que participan en la colisión. Por supuesto, también pueden determinarse algunas temperaturas relacionadas con esta temperatura. observarse fenómenos relacionados, como por ejemplo la radiación electromagnética.
Algunas personas pueden preguntar: ¿esta temperatura alta de 4 billones de grados se genera en el tubo del acelerador y entonces el tubo no se ha derretido por completo? Esto implica un hecho científico importante: ¡la temperatura y el calor que sentimos son dos cosas diferentes! Cuando nos bañamos en una fuente termal, sentimos mucho calor cuando la temperatura del agua alcanza los 50 ℃, pero cuando usamos una sauna, no nos quemaremos incluso si la temperatura ambiente en la sala de sauna alcanza los 80 ℃. Esto se debe a que la densidad de las moléculas de agua en las aguas termales es mucho mayor que la densidad de las moléculas de gas en las salas de sauna. Puede transferir más calor (es decir, la energía cinética de las partículas) al cuerpo humano, por lo que una piscina de aguas termales a 50°C es mucho más "caliente" que una sauna a 80°C. También podemos encontrarnos con casos más extremos. Hay una galaxia RXJ1347.51145 a 5 mil millones de años luz de la Tierra. En su interior hay gas con una temperatura de hasta 300 millones de grados centígrados, pero si estamos en ella, no lo veremos. ¡Siéntete caliente en absoluto! Debido a que la densidad de esos gases es muy baja, sólo hay entre 0,0001 y 0,01 átomos (o iones) por centímetro cúbico. Del mismo modo, las altas temperaturas en el colisionador no derretirán los tubos porque hay muy poco material en el colisionador.