Spørg Scientariet: Findes der et absolut max-punkt på temperaturskalaen?
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Teknologiens Mediehus kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Spørg Scientariet: Findes der et absolut max-punkt på temperaturskalaen?

Illustration: designua/Bigstock

Flere læsere vil gerne vide noget om ekstreme temperaturer.

Bl.a. Brian Hansen, som spørger:

Der findes et absolut nulpunkt på 0 Kelvin (-273,15 grader Celcius). Findes der så også et absolut maksimum?

E. F. Falbe-Hansen spørger:

Hvordan måler man ekstreme temperaturer som f.eks. metallers smeltepunkt eller vulkansk lava?

Hvorfor er -273,15 grader Celsius et absolut nulpunkt og den lavest mulige temperatur, som kan måles/fremstilles?

Læs også: Spørg Scientariet: Er det noget, der hedder ’wind heat factor’?

Og endelig spørger David Westergaard:

Findes der en absolut positiv temperatur? Jeg har i nogen tid undret mig over, om den findes en maksimal temperatur, ligesom der findes et absolut nulpunkt. Og, hvis der findes sådan en temperatur, hvad vil der så reelt ske med elementarpartikler, kvarker, ved denne temperatur?

Spørgsmålet er måske lidt vagt, thi en maksimal temperatur er relativ, for på et eller andet tidspunkt vil partiklen, der bliver udsat for temperaturen vel dekomponere til dens byggesten?

Malte Olsen, fysiker og redaktør af brevkassen 'Spørg Malte' på Niels Bohr Institutet, svarer:

Lad os begynde med de lave temperaturer, før vi vender os mod spørgsmålet om, hvorvidt der findes en max-temperatur.

Den laveste temperatur, der kan opnås, er en anelse over -273,15 ͦC. Den temperatur kaldes det absolutte nulpunkt, og denne temperatur kan principielt ikke nås, men kun tilnærmes.

Læs også: Spørg Scientariet: Hvorfor bliver mørke ting lyse i infrarødt lys?

Den temperatur, der derfor ligger tættest på, fås i første omgang ved ekstrapolation af f.eks. lufttermometre med idealgas til trykket 0 (uden at gassen fortættes, men samme temperatur fremkommer også nogenlunde ved elektrisk modstand osv.).

Den giver grundlag for en ny temperaturskala, Kelvin-skalaen, hvor denne temperatur er 0 K (ingen gradstegn). Gradernes længde i Kelvin-skalaen er den samme som i Celsius-skalaen.

Når dette er den absolut laveste temperatur, skyldes det, at atomerne (molekylerne) også adlyder de kvantemekaniske love, som giver anledning til et krav om en nulpunktsenergi. Partiklerne ligger altså ikke helt stille. Hvor tæt man kan komme på dette punkt, afhænger i nogen grad af, hvor meget teknik og opfindsomhed, man sætter ind på projektet.

Der er principielt flere kølemetoder. Problemet ved dem alle er, at stort set alle egenskaber, man kender, ændres mindre og mindre, des nærmere man kommer 0 K, og det betyder, at det både bliver sværere og sværere at køle og at måle.

Generelt køler man nær 0 K i de fleste tilfælde ud fra flydende helium, som koger ved 105 Pa ved 4,22 K.

Læs også: Spørg Scientariet: Hvad er grænsen for lagermediers informationstæthed?

Hvis man pumper gassen væk, falder temperaturen, så man når 2,1678 K, hvilket kaldes for Lambda-punktet. Her kommer den i en ny tilstand, man kalder superflydende, og der holder kogningen op. I stedet udvider væsken sig, og det fortsætter så nedad. I de fleste tilfælde kan man kun nå under 1 K, hvor helium i øvrigt igen ændrer adfærd i forhold til området imellem lambda-punktet og 1 K.

Lidt lavere temperaturer kan opnås med helium-isotop 3. Skal man endnu lavere, kan man bruge en blandingskryostat, hvor Helium-3 og Helium-4 blandes ved lave temperaturer. Man kan nå ned i området omkring 10 mK.

Den anden hovedlinje går på, at man foretager en såkaldt adiabatisk demagnetisering af passende stoffer, som er kølet ned. Her kan man nå under 100 pK, men der er så kun tale om temperaturen af kernespin.

En tredje metode er laser-køling, hvor man har enkeltatomer i en magneto-optisk fælde og nedsætter deres termiske bevægelser ved brug af laser. Her kan man nå under 100 pK.

Ingen kendt grænse for max-temperatur

Hvad angår ekstremt høje temperaturer, er der ingen kendt grænse for, hvad man kan nå. Der er teorier, der giver forslag (f.eks. Strengteorien), men disse teorier er i dag ikke eksperimentelt eftervist, fordi vi ikke råder over tilstrækkelige energier i Cern til at lave de nødvendige forsøg.

Læs også: Spørg Scientariet: Hvorfor er der koldt i rummet?

Kosmologien forudsiger en mulig højeste temperatur, som kaldes Planck- temperaturen, og som er 1,416785*10^32 K, en temperatur som Big Bang antageligt var over i et antal sekunder ifølge en række teorier.

Efter Big Bang er universet ekspanderet, hvilket bevirker afkøling, og gennemsnitstemperaturen i rummet målt ud fra mikrobølgebaggrunden er 2,73 K, i overensstemmelse med teorien.

I rummet er en af de laveste temperaturer, der er målt, Boomerang-tågen, som er målt til -272 ͦC. Den højeste temperatur, man har målt i rummet, er Red Spider Nebula, som viser en temperatur på 300.000 K. Gassen omkring en Quasar kan teoretisk nå 80*106 K.

Det varmeste sted i universet er imidlertid tættere på. Large Hadron Collider (LHC) på Cern har ved sammenstød af guldpartikler nået en temperatur på 4 trillioner K. Så høje temperaturer er kun set kortvarigt under Big Bang og er højere end en supernovaeksplosions kernetemperaturer.

Læs også: Spørg Scientariet: Hvorfor opbevarer vi maden koldere end i Sverige?

Måling af temperaturen

Selve målingen af temperaturerne kan udføres med mange instrumenter. Ved lave temperaturer kan man bruge gastermometre ved lavt tryk meget langt ned. Man kan desuden bruge platin-modstandstermometre eller halvleder-modstandstermometre (ofte Ge), som man kalibrerer under nedkølingen ved heliums kogepunkt og lambda-punktet. Disse punkter kan suppleres med en række overgangstemperaturer af superledere.

Man bruger tilsvarende magnetiske egenskaber, Curies lov, på salte, f.eks. ceriummagnesiumnitrat og andre tilsvarende salte, og man kan anvende pulset kernespin resonans på f.eks. platinpulver, hvor indsvingningstider giver temperaturen. Ved laserkøling måles temperaturen ved den gennemsnitlige kinetiske energi, altså principielt hastigheden.

I området over de meget lave temperaturer, og op til mange hundrede graders celsius, måles ofte med platintermometre, dvs. en modstandsmåling. Men her er målemetoderne i øvrigt mange og antageligt velkendte.

Temperaturer fra det dagligdags temperaturområde kan også måles med termoelementer i et ret stort område. Området fra lave negative temperaturer og opefter måles også ved strålingstermometer, dvs. ved at måle i det infrarøde område, og så måle planckstrålingen. Disse er kommercielt tilgængelige.

Læs også: Spørg Scientariet: Hvordan virker fusionsmetoden ’focus-fusion’?

Ved temperaturer fra højovnstemperaturer og opefter er det næsten udelukkende strålingstemperaturer, der måles, dvs. man måler principielt en Planckkurve og finder toppunktet og bruger derefter Wiens forskydningslov, som giver bølgelængden for toppunktet som λmax = konstant/T, hvor λ er bølgelængden, og T den absolutte temperatur. Konstanten afhænger af enhederne 2,8977729(17)×10^−3 m⋅K.

Astronomerne gør principielt det samme ved at måle farveindeks af stjernerne, dvs. intensiteten i to bestemte farver, og derfra beregne temperaturen. I dag gør hospitalerne det også med øretermometre.

I 'det normale område' findes desuden utallige metoder, bimetaltermometre kviksølv- eller alkoholtermometre osv., som jeg antager, er velbekendte.

Spørg fagfolket

Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Temperatur er jo stoffets bevægelse, og jo varmere stoffet er, jo hurtigere bevæger det sig.

Det er jo blandt andet derfor at man ikke kan tale om en temperatur i vacuum.

Men når stoffets bevægelse kommer op i nærheden af lyshastighed, så kan det jo ikke bevæge sig meget hurtigere. Så den teoretiske max-grænse for temperatur må jo ligge på dét punkt, hvor stoffets bevægelse når lysets hastighed...?

  • 0
  • 4

Så den teoretiske max-grænse for temperatur må jo ligge på dét punkt, hvor stoffets bevægelse når lysets hastighed...

Kelvin er defineret ud fra den termiskeenergi (dvs. i virkeligheden bevægelsesenergi) som stoffet har. Dermed sætter lyshastigheden ikke en begrænsning, for man kan stoppe lige så meget bevægelsesenergi man vil ind i en partikel, den kommer blot tættere og tættere på lyshastigheden uden nogensinde at nå den.

Jeg synes svaret sprang lidt let hen over hvad Planck-temperaturen er og hvorfor den er den højest mulige (og hvordan den i så fald kunne bære sig ad med at blive overskredet). https://en.wikipedia.org/wiki/Absolute_hot har et bud på nogle svar.

  • 1
  • 1

Så den teoretiske max-grænse for temperatur må jo ligge på dét punkt, hvor stoffets bevægelse når lysets hastighed...?

Ifølge einstein E=mC^2, øges stoffets masse når det nærmer sig lyshastighed. Så tilføjer man uendelig mængde energi til en partikel, får man uendelig masse. Så jeg vil mene at den samlede mængde af energi tilstede i universet er afgørende får den maskimale temperatur... Selvfølgelig er der så et problem med at man laver et uendeligt stort sort hul..... men det er vel også varmt :-)

  • 0
  • 1

Ifølge einstein E=mC^2, øges stoffets masse når det nærmer sig lyshastighed.

Det er en meget udbredt misforståelse.

Man kan ikke skille masse fra hastighed i dette tilfælde; impulsen vokser, ikke massen.

"The mass of a moving particle does not increase with increasing speed, although its momentum approaches infinity as v -> c."
Carroll , Bradley W. & Ostlie, Dale A. : Modern Astrophysics, Pearson Education Inc., 2007, ISBN-10 0-321-44284-9 p. 102

  • 0
  • 3

Dermed sætter lyshastigheden ikke en begrænsning, for man kan stoppe lige så meget bevægelsesenergi man vil ind i en partikel, den kommer blot tættere og tættere på lyshastigheden uden nogensinde at nå den.

Ja, men bliver temperaturen højere?
Når temperatur hænger sammen med hvor hurtigt partikler bevæger sig, og de jo netop ikke kan bevæge sig hurtigere end lyshastighed, så må temperaturen vel også stoppe med at stige ved denne hastighed?

  • 0
  • 2

(Instinkt, Tyngde, og Følelse,) er evige Grund-energier, Talent-kerner, og udgør 'De Stof-bærende Grundenergier', Dvs. absolut Al stof, (og det gælder også Tanke-stof) består af disse tre Grund-energier. (stof-siden)
Da Tyngde er Varme, og Følelse er Kulde, er Alting et forhold mellem varme og kulde, det er Instinkt'et, automatik, der holder Tyngde og Følelse i et evigt balanceret spændings-forhold.
Tyngde og Følelse, varme og kulde, kan aldrig nogensinde optræde i ren-kultur, dvs. varme kan aldrig blive 100% varme, ligesom at kulde aldrig kan blive 100% kulde.
Så uanset hvor meget man skruer op for Perspektiv-princippet, og grader, vil det altid befinde sig i et afstemt balance-forhold. (Min./Max.)
Kulde (Følelse) binder alting, - Varme (Tyngde) opløser alting.

  • 0
  • 3