Cero absoluto
El cero absoluto es la temperatura a la que las partículas de la materia (moléculas y átomos) se encuentran en sus puntos de energía más bajos. Algunas personas piensan que en el cero absoluto las partículas pierden toda la energía y dejan de moverse. Esto no es correcto. En la física cuántica existe algo que se llama energía de punto cero, que significa que incluso después de que se haya eliminado toda la energía de las partículas, éstas siguen teniendo algo de energía. Esto se debe al principio de incertidumbre de Heisenberg, que establece que cuanto más se conoce sobre la posición de una partícula, menos se puede saber sobre su momento, y viceversa. Por lo tanto, una partícula no puede ser detenida por completo porque entonces se conocerían su posición y su momento exactos.
Algunas personas han creado temperaturas muy cercanas al cero absoluto: la temperatura récord fue de 100 pK (cien picokelvin, igual a 10−10 kelvin) por encima del cero absoluto. Incluso acercarse al cero absoluto es difícil porque cualquier cosa que toque un objeto que se esté enfriando cerca del cero absoluto daría calor a los objetos. Los científicos utilizan láseres para frenar los átomos cuando se enfrían objetos a temperaturas muy bajas.
Las escalas de temperatura kelvin y Rankine se definen de manera que el cero absoluto es 0 kelvin (K) o 0 grados Rankine (°R). Las escalas Celsius y Fahrenheit se definen de manera que el cero absoluto es -273,15 °C o -459,67 °F.
En este momento la presión de las partículas es cero. Si trazamos una gráfica con ella, podemos ver que la temperatura de las partículas es cero. La temperatura no puede bajar más. Además, las partículas tampoco pueden moverse en "sentido inverso" porque como el movimiento de las partículas es la vibración, vibrar en sentido inverso no sería más que volver a vibrar. Cuanto más se acerque la temperatura de un objeto al cero absoluto, menos resistente será el material a la electricidad, por lo que conducirá la electricidad casi a la perfección, sin resistencia medible.
La TerceraLey de la Termodinámica dice que nada puede tener una temperatura de cero absoluto.
La Segunda Ley de la Termodinámica dice que todos los motores que funcionan con calor (como las máquinas de los coches y los trenes de vapor) deben liberar calor residual y no pueden ser 100% eficientes. Esto se debe a que la eficiencia (el porcentaje de energía que el motor utiliza que realmente se utiliza para hacer el trabajo del motor) es 100%×(1-Toutside/Tinside), que sólo es 100% si la temperatura exterior es cero absoluto, lo que no puede ser. Por lo tanto, un motor no puede ser 100% eficiente, pero se puede hacer que su eficiencia se acerque al 100% haciendo que la temperatura interior sea más caliente y/o que la temperatura exterior sea más fría.
El cero kelvin (-273,15 °C) se define como el cero absoluto.
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Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es el cero absoluto?
R: El cero absoluto es la temperatura a la que las partículas de la materia (moléculas y átomos) se encuentran en sus puntos de energía más bajos.
P: ¿Significa el cero absoluto que las partículas pierden toda su energía y dejan de moverse?
R: No, en física cuántica existe algo llamado energía de punto cero, que significa que incluso después de haber eliminado toda la energía de las partículas, éstas siguen teniendo algo de energía debido al principio de incertidumbre de Heisenberg.
P: ¿Cuál es la temperatura récord alcanzada cerca del cero absoluto?
R: La temperatura récord fue de 100 pK (cien picokelvin, igual a 10-10 kelvin) por encima del cero absoluto.
P: ¿Cómo enfrían los científicos los objetos a temperaturas muy bajas?
R: Los científicos utilizan láseres para frenar los átomos cuando enfrían objetos a temperaturas muy bajas.
P: ¿Cómo se definen las escalas Celsius y Fahrenheit con respecto al cero absoluto?
R: Las escalas Celsius y Fahrenheit están definidas de forma que el cero absoluto es -273,15°C o -459,67°F.
P: ¿Qué dice la Tercera Ley de la Termodinámica sobre el cero absoluto?
R: La Tercera Ley de la Termodinámica dice que nada puede tener nunca una temperatura de cero absoluto.
P: ¿Cómo se puede aumentar la eficiencia de un motor para acercarse al 100%?
R: La eficiencia de un motor se puede aumentar más cerca del 100% haciendo que la temperatura interior sea más caliente y/o la temperatura exterior más fría, de acuerdo con la Segunda Ley de la Termodinámica.
