Absoluter Temperaturnullpunkt

Der absolute Nullpunkt (Formelzeichen T0) bezeichnet die tiefste theoretisch mögliche Temperatur. Diese ist als 0 Kelvin definiert, was – 273,15 °C oder – 459,67 Grad Fahrenheit entspricht. Die Existenz und der extrapolierte Wert des absoluten Nullpunkts können aus dem ersten Gesetz von Gay-Lussac abgeleitet werden. Er kann nach dem dritten Hauptsatz der Thermodynamik nicht erreicht werden.

Allerdings ist es gemäß der Thermodynamik durchaus möglich, Temperaturen beliebig nahe dem absoluten Nullpunkt zu erreichen. Mit Laserkühlung konnten kleine Proben schon bis auf wenige milliardstel Kelvin abgekühlt werden. Für noch weitergehende Annäherungen müsste jedoch ein immer größerer Aufwand getrieben werden.

In der Nähe des absoluten Nullpunkts kommt es zu verschiedenen Effekten. Metalle werden supraleitend und Helium sowie einige andere Gase suprafluid. In unmittelbarer Nähe des absoluten Nullpunkts zeigt Materie dann den neu entdeckten Aggregatzustand des Bose-Einstein-Kondensats.

Inhaltsverzeichnis

Zusammenhang mit der Bewegungsenergie

Die Temperatur eines Körpers wird durch die Bewegungsenergie seiner Atome bzw. Moleküle hervorgerufen, welche in der Maxwell-Boltzmann-Verteilung beschrieben wird. Je schneller sich die Teilchen bewegen, desto höher ist die Temperatur des Körpers, und je langsamer sie sich bewegen, desto geringer ist demnach wiederum dessen Temperatur. Der absolute Nullpunkt ist erreicht, wenn die Bewegungsenergie aller Teilchen eines Körpers gleich der sogenannten Nullpunktsenergie ist, die aus prinzipiellen quantenmechanischen Gründen nicht unterschritten und nicht aus dem System entfernt werden kann.

Geschichte

Guillaume Amontons fand 1699 heraus, dass sich das Volumen einer Gasmenge linear mit ihrer Temperatur verändert. Dies führte zunächst zu verschiedenen Hypothesen, wonach es einen absoluten Nullpunkt geben müsse, bei dem das Volumen der Gasmenge gleich Null wäre, oder aber die Gesetzmäßigkeit der Volumenverkleinerung gelte bei flüssigen Gasen nicht mehr. Dann könne man die Temperatur beliebig weit absenken.

William Thomson, 1. Baron Kelvin entdeckte 1848, dass nicht die Volumenverkleinerung für diese Frage entscheidend ist, sondern der Energieverlust. Hierbei ist es auch unerheblich, ob es sich um Gase oder feste Stoffe handelt. Thomson schlug daraufhin vor, eine neue, absolute Temperaturskala zu definieren, zu der die Volumenänderung dann proportional ist. Diese neue Temperaturskala hat keine negativen Werte mehr, beginnt bei 0 (entspricht – 273,15 Grad Celsius, zur viel gehörten Zahl – 273,16 °C, siehe hier) und steigt in Schritten zu je ein Kelvin an (entspricht ein Grad Celsius). Die Einheit für diese Temperaturskala wurde zunächst Grad A (A für absolut) genannt, später K (K für Kelvin). Das Kelvin wird seit 1967 per Definition nicht mehr mit Grad (°) ergänzt.

Annäherung an den absoluten Nullpunkt

Forschern der Universität Bayreuth ist es gelungen, eine Temperatur zu erzeugen, die nur 2μK vom absoluten Nullpunkt entfernt ist. Dies stellt den Weltrekord der kältesten jemals erzeugten Temperatur dar.

Literatur

  • Tom Shachtman: Minusgrade - Auf der Suche nach dem absoluten Nullpunkt. Rowohlt, Reinbek 2001, ISBN 3-499-61118-X
  • Kurt Mendelssohn: Die Suche nach dem absoluten Nullpunkt. Kindler, München 1966,

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