Negatief kelvin

Hinamori Amu

Hoe dichter iets bij 0 kelvin komt, hoe langzamer de moleculen gaan bewegen. Bij nul kelvin heb ik gehoord dat alles uit elkaar valt (???) Maar wat nou bij -X Kelvin? Wat gebeurt er als je een negatief aantal graden Kelvin hebt? Kan de tijd dan achteruit gaan? Want je zou denken:

1 de moleculen gaan vooruit (in de tijd)

0 niks

-1 de moleculen gaan achteruit (in de tijd)

zoiets alsof je achteruit loopt.

Kan de tijd achteruit gaan?

Kravitz

Het absolute nulpunt of 0 kelvin is het punt waarop de atomen in een willekeurige stof stoppen met trillen. Iedere object (bijv. de toetsen van je toetsenbord) bestaan uit atomen, deze trillen voortdurend. Wanneer je ze gaat opwarmen gaan ze heviger trillen, bij afkoelen trager. Indien je echter blijft afkoelen totdat je het absolute nulpunt bereikt, staat alles stil.

Een negatieve kelvin temperatuur bestaat niet, je kan niet voorbij het absolute nulpunt gaan.

1 de moleculen gaan vooruit (in de tijd)

0 niks

-1 de moleculen gaan achteruit (in de tijd)

De trillingen waarover ik hierboven spreek zijn bewegingen in alle richtingen. Het heeft niets met de tijd te maken. Tenzij je in een grafiek de trilling van een atoom (= vibratie) wil uitzetten in de tijd. Hieruit zul je afleiden dat de vibratie stijgt in functie van de tijd. Ze zal nul zijn bij het absolute nulpunt, maar echter nooit negatief.

Filippus

Bij nul kelvin heb ik gehoord dat alles uit elkaar valt (???)

Dit klopt niet. 0 Kelvin is het absolute nulpunt, dit betekent dat bij deze temperatuur alles stilstaat op moleculair niveau.

Maar wat nou bij -X Kelvin? Wat gebeurt er als je een negatief aantal graden Kelvin hebt?

Temperatuur kan, uitgedrukt in Kelvin, niet negatief worden. 0 Kelvin is de laagst mogelijke temperatuur. Zie ook

Kan de tijd dan achteruit gaan? Want je zou denken:

1 de moleculen gaan vooruit (in de tijd)

0 niks

-1 de moleculen gaan achteruit (in de tijd)

zoiets alsof je achteruit loopt.

Kan de tijd achteruit gaan?

Nee, er is geen link tussen temperatuur en vooruit of achteruit gaan in de tijd.

aestu

Voor de aardigheid bestaat er wel iets exotisch, dat bevestigt dat negatieve temperaturen warmer zijn dan positieve temperaturen en zo het feit dat T = 0 het absolute nulpunt is toch standhoud.

http://en.wikipedia.org/wiki/Negative_temperature

Denk aan een systeem waarbij het magnetisch veld up staat en voor de laagste energietoestand alle spins up staan. Er is slechts 1 zo'n microtoestand en dus is de entropie = 0. Als we nu steeds meer energie gaan toevoegen, zal op een bepaald moment de spins random up en down verdeeld zijn. De entropie is maximaal en de temperatuur is + oneindig. Nu als we nog meer energie in het systeem steken, gaan nog meer spins down ( dus in de tegenovergestelde richting van het magnetisch veld) gaan staan, maar omdat het systeem eindig is en dus het aantal up spins steeds verlaagt en het aantal down spins steeds vergroot, daalt de entropie weer! Er is meer orde, want - ook al maximaliseren de spins de energie - gaan ze wel allemaal weer meer in dezelfde ('verkeerde') richting gaan staan. De maximum energie is NµB als alle spins in de omgekeerde richting van het magnetisch veld staan. Nu als alle spins in dezelfde richting staan is de entropie 0.

Dus op een bepaald moment gaat (omdat we hier spreken van een eindig systeem) de entropie dalen met stijgende energie

Denk aan deze formule uit de thermodynamica:

\(\frac{1}{T} = \frac{\partial S}{\partial E}\)

Als de entropie afneemt met toenemende temperatuur zal T <0.

Als je een systeem met een negatieve temperatuur en een positieve temperatuur in contact brengt, zal er warmte vloeien van het systeem met de negatieve temperatuur naar het systeem met een positieve temperatuur. Dit betekent eigenlijk dat een zogenaamde 'negatieve temperatuur' eigenlijk warmer is dan een positieve temperatuur en zo wordt eigenlijk het feit dat je niet lager dan het echte absolute nulpunt kan gaan, toch niet gebroken.

Conclusie: Er bestaat geen enkele absolute temperatuur die 'kouder' is dan het absolute nulpunt.

317070

Bij nul kelvin heb ik gehoord dat alles uit elkaar valt (???)

Meer zelfs, dicht bij 0K lijken afzonderlijke deeltjes geen ruimte meer in te nemen, ze zijn niet meer van elkaar te onderscheiden. ( http://nl.wikipedia.org/wiki/Bose-Einsteincondensaat ) 0 Kelvin zelf is in tegenspraak met het onzekerheidsprincipe van Heisenberg, en is dus iets wat in dit universum niet kan gemaakt worden of kan waargenomen worden.

thermo1945

Bij het ontstaan van een laserstraal is sprake van populatie-inversie. Er zitten dan meer elektronen in hogere energie toestanden dan in lagere. In dit verband kent men een negatief aantal kelvin toe. Toch mag je niet echt van een negatieve temperatuur spreken.

De beweging van de moleculen is symmetrisch voor tijdsomkeer. Dat wil zeggen als je een filmpje zou maken van de thermische beweging en je zou dat filmpje achterstevoren draaien, dan zie je nog steeds thermische beweging bij dezelfde (positieve) absolute temperatuur.

317070

Bij het ontstaan van een laserstraal is sprake van populatie-inversie. Er zitten dan meer elektronen in hogere energie toestanden dan in lagere. In dit verband kent men een negatief aantal kelvin toe. Toch mag je niet echt van een negatieve temperatuur spreken.

Maar is het niet zo, dat men dit eerder doet om te zeggen: met die temperatuur zouden we ook deze elektronenverdeling hebben (met dus negatieve temperaturen bij populatie-inversie). Men bereikt die elektronenverdeling echter op een andere manier, dus eigenlijk is het eerder een rekenhulpmiddel dan een fysisch fenomeen.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Negatief kelvin

Negatief kelvin

Re: Negatief kelvin

Re: Negatief kelvin

Re: Negatief kelvin

Re: Negatief kelvin

Re: Negatief kelvin

Re: Negatief kelvin