Zéro absolu
Le zéro absolu est la température à laquelle les particules de matière (molécules et atomes) sont à leur point d'énergie le plus bas. Certaines personnes pensent qu'au zéro absolu, les particules perdent toute leur énergie et cessent de bouger. Ce n'est pas exact. En physique quantique, il existe une chose appelée énergie du point zéro, ce qui signifie que même après que toute l'énergie des particules a été retirée, les particules ont encore un peu d'énergie. Cela est dû au principe d'incertitude de Heisenberg, qui stipule que plus on en sait sur la position d'une particule, moins on peut en savoir sur son élan, et vice versa. Par conséquent, une particule ne peut pas être complètement arrêtée, car on connaîtrait alors sa position et son moment exacts.
Certaines personnes ont créé des températures très proches du zéro absolu : la température record était de 100 pK (cent picokelvins, soit 10-10 kelvins) au-dessus du zéro absolu. Même s'approcher du zéro absolu est difficile car tout ce qui touche un objet refroidi près du zéro absolu donnerait de la chaleur aux objets. Les scientifiques utilisent des lasers pour ralentir les atomes lorsqu'ils refroidissent des objets à des températures très basses.
Les échelles de température kelvin et de Rankine sont définies de telle sorte que le zéro absolu est de 0 kelvin (K) ou 0 degré de Rankine (°R). Les échelles des degrés Celsius et Fahrenheit sont définies de telle sorte que le zéro absolu soit de -273,15 °C ou -459,67 °F.
À ce stade, la pression des particules est nulle. Si on lui trace un graphique, on peut voir que la température des particules est égale à zéro. La température ne peut pas descendre plus bas. De plus, les particules ne peuvent pas non plus se déplacer en "sens inverse", car comme le mouvement des particules est une vibration, vibrer en sens inverse ne serait rien d'autre que vibrer à nouveau. Plus la température d'un objet se rapproche du zéro absolu, moins le matériau est résistif à l'électricité ; il conduira donc l'électricité presque parfaitement, sans résistance mesurable.
La troisième loi de la thermodynamique stipule que rien ne peut jamais avoir une température de zéro absolu.
La deuxième loi de la thermodynamique stipule que tous les moteurs alimentés par la chaleur (comme les moteurs de voitures et les moteurs de trains à vapeur) doivent rejeter de la chaleur perdue et ne peuvent être efficaces à 100 %. En effet, le rendement (pourcentage de l'énergie consommée par le moteur qui est réellement utilisée pour faire son travail) est de 100 %×(1-Extérieur/Intérieur), qui n'est de 100 % que si la température extérieure est égale au zéro absolu, ce qui ne peut pas être le cas. Un moteur ne peut donc pas être efficace à 100 %, mais vous pouvez rapprocher son efficacité de 100 % en augmentant la température intérieure et/ou en diminuant la température extérieure.
Le kelvin zéro (-273,15 °C) est défini comme le zéro absolu.
Pages connexes
- Température absolue
- Absolument chaud
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que le zéro absolu ?
R : Le zéro absolu est la température à laquelle les particules de matière (molécules et atomes) sont à leur point d'énergie le plus bas.
Q : Le zéro absolu signifie-t-il que les particules perdent toute leur énergie et cessent de se déplacer ?
R : Non, en physique quantique, il existe ce qu'on appelle l'énergie du point zéro, ce qui signifie que même après que toute l'énergie des particules a été retirée, les particules ont toujours une certaine énergie en raison du principe d'incertitude d'Heisenberg.
Q : Quel est le record de température atteint près du zéro absolu ?
R : La température record a été atteinte à 100 pK (cent picokelvins, égal à 10-10 kelvins) au-dessus du zéro absolu.
Q : Comment les scientifiques refroidissent-ils les objets à des températures très basses ?
R : Les scientifiques utilisent des lasers pour ralentir les atomes lorsqu'ils refroidissent des objets à de très basses températures.
Q : Comment les échelles Celsius et Fahrenheit sont-elles définies par rapport au zéro absolu ?
R : Les échelles Celsius et Fahrenheit sont définies de manière à ce que le zéro absolu soit de -273,15°C ou -459,67°F.
Q : Que dit la troisième loi de la thermodynamique à propos du zéro absolu ?
R : La troisième loi de la thermodynamique dit que rien ne peut jamais avoir une température égale au zéro absolu.
Q : Comment peut-on augmenter le rendement d'un moteur pour le rapprocher de 100 % ?
R : L'efficacité d'un moteur peut être augmentée de plus de 100 % en rendant la température intérieure plus chaude et/ou la température extérieure plus froide, conformément à la deuxième loi de la thermodynamique.
