Investigación cero absoluto

Título: Cero Absoluto Materia: Química General II Alumno: Luis Fernando Flores Capetillo Profesora: María Guadalupe Marmolejo Amaya Salón: B-306 Hora: 07:00-08:00 Objetivo: Saber ¿Qué es el cero absoluto? ¿Cuál es la temperatura más baja que se ha alcanzado y cómo se logró? Introducción: Como es por todos sabido, el volumen de un gas varía con la temperatura en forma directamente proporcional. Podemos por lo tanto aumentar el volumen de un gas aumentando su temperatura, y parece no existir un límite hasta el cual podamos hacer esta expansión. De la misma forma podemos comprimir un gas disminuyendo su temperatura. Sin embargo, sabemos que no puede existir un volumen negativo de gas. Surge entonces la interrogante de si podemos encontrar alguna temperatura para la cual el volumen de aquel gas pueda ser cero. Esta es la primera forma en que se dedujo el concepto de cero absoluto. Aun cuando este experimento no se puede realizar por debajo del punto de licuefacción de un gas, se puede extrapolar el punto donde el volumen se hace cero a partir de los puntos donde sí se puede obtener información. Resulta interesante ver que para cualquier gas se llega a un mismo valor y a éste se le llamó originalmente cero absoluto. El siguiente gráfico muestra la zona donde se cumple que P*V = nRT y la interpolación que lleva al cero absoluto. ¿Qué es el cero absoluto? El cero absoluto es la temperatura teórica más baja posible y se caracteriza por la total ausencia de calor. Es una temperatura en la que la entropía llegaría a su valor mínimo. Es la temperatura a la cual cesa el movimiento de las partículas. Aquí el nivel de energía es el más bajo posible. El cero absoluto (0 K) corresponde aproximadamente a la temperatura de –273.16º C. Nunca se ha alcanzado tal temperatura y la termodinámica asegura que es inalcanzable. Hasta este momento, sigue siendo una temperatura teórica ya que ha sido imposible llegar a tan baja temperatura, sin embargo, si que se han alcanzado temperaturas tan bajas como 0.45° nano Kelvin (0.00000000045 Kelvin) en un experimento realizado en el Instituto Tecnológico de Massachusetts con átomos de sodio en el 2003. ¿Existe el cero absoluto? Desafortunadamente no podemos alcanzar la temperatura del cero absoluto. Estamos impedidos por la tercera ley de la termodinámica. Sin embargo, en la práctica es el calor que entra desde el "mundo exterior" lo que impide que en los experimentos se alcancen temperaturas más bajas. Para bajas temperaturas, todas las capacidades caloríficas C tienden a cero por lo que para cualquier cantidad de calor Q, por pequeña que sea, que entre al sistema, se tendrá una variación importante en la temperatura pues dT=Q/C. Incluso los rayos cósmicos pueden producir una entrada importante de calor. Evidentemente cuando hablamos de que una temperatura es cercana al cero absoluto, no nos referimos a que esté cerca del 0 ºC, sino mucho menos. De manera teórica los científicos pueden afirmar que esta es la mínima temperatura alcanzable por una molécula o cuerpo, pues a ese nivel no existiría vibración atómica alguna. De hecho a O Kelvin (−273,15 °C), todas las sustancias aparecerían en modo sólido y las moléculas ni se moverían ni llegarían a vibrar. En laboratorios de la Tierra los físicos pueden acercarse mucho a esta temperatura, pero los científicos afirman que es imposible alcanzar el cero absoluto. De hecho la mínima temperatura jamás conseguida se obtuvo enfriando un gas en un campo magnético hasta medio nano kelvin (es decir, 5·10−10 K) por encima del mínimo teórico, el cero absoluto. La disminución de la temperatura hasta límites insospechados es de enorme utilidad para los científicos, pues ciertos materiales cambian completamente su comportamiento. Es el caso de los superconductores, que actualmente se utilizan en sistemas de levitación magnética. Anexos Científicos alemanes consiguen una temperatura más baja que el cero absoluto. Hasta este momento la mayor cámara frigorífica actual solo ha alcanzado los −271 °C. La temperatura mínima conseguida alguna vez en un laboratorio fue 5*10−10 K (medio nano kelvin), lograda por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE.UU.). La razón de ello es que al llegar a una temperatura tan baja, las partículas ya no tienen energía suficiente para hacer que esta descienda aún más. Sin embargo, un grupo de especialistas de la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich dirigido por Ulrich Schneider han logrado no solo llegar al cero absoluto, sino también romper esta barrera y conseguir unas "temperaturas absolutas negativas". Para conseguir este resultado, han creado un gas cuántico especial formado por átomos de potasio: según explican, eligieron el potasio por la capacidad de sus partículas de cambiar fácilmente de repulsión a atracción. Enfriaron unos 100.000 átomos de este gas hasta, aproximadamente, una milmillonésima parte de Kelvin y los colocaron en una red óptica creada por láseres: cada partícula fue fijada en su 'celda' óptica personal, aislada de cualquier impacto del ambiente. A estas temperaturas los átomos quedaron como congelados, sin poder moverse (recordemos que la temperatura de un objeto es una medida de cómo se mueven sus átomos: cuanto más frío esté un objeto, más lentos están sus átomos), repeliéndose unos a otros. Luego, a través de láseres y alternancias de los campos magnéticos, los físicos hicieron que las partículas volvieran a calentarse hasta un cierto grado y empezaran a atraerse. Al mismo tiempo, debilitaron la trampa óptica. Como resultado, los átomos empezaron a moverse e interactuar, aumentando así su energía muy rápidamente. Como resultado, el sistema no tardó casi nada en alcanzar el nivel más alto posible de energía. En consecuencia, recibe calor de forma natural pero se transformó en un conjunto de temperaturas negativas, unas milmillonésimas de Kelvin por debajo del cero absoluto. Según Schneider, sus experimentos descubrieron un tipo de 'paradoja' termodinámica. "Lo que vemos es cómo la temperatura 'salta' de una infinidad plus hacia una infinidad 'minus' y sigue creciendo. Así que la energía de un sistema crece, crece y crece, hasta que vuelve a alcanzar cero otra vez, pero desde abajo", comentó el físico a la revista Science. Con lo cual, su gas cuántico resultó ser más cálido de lo que sería a una temperatura positiva, cualquiera que esta sea. Según adelantan Schneider y su equipo, su hallazgo puede revolucionar el futuro de la humanidad. "Las temperaturas absolutas negativas" pueden usarse para crear un nuevo tipo de motores térmicos cuyo rendimiento superará el 100%, lo que hoy en día parece imposible. Tales motores absorberían energía no solo de sustancias más calientes, sino también de las que sean más frías. Un sistema de temperatura negativa podría desafiar también a la gravedad y alumbrar los puntos más enigmáticos de la teoría del Big Bang. El comportamiento termodinámico de la temperatura negativa tiene paralelos con el comportamiento de la materia oscura, materia que no emite radiación electromagnética y no puede ser observada, pero compone aproximadamente un 70% del Universo y acelera su expansión, a pesar de la atracción gravitatoria de las masas entre sí. Los átomos dentro de la nube de gas creada por el equipo de Schneider interactúan atrayéndose unos a otros (en vez de repelerse, como sucede con un gas convencional), con lo cual la nube por lógica debería apretarse y colapsar, igualmente que debería hacer el Universo a causa de la gravedad. Sin embargo, las temperaturas negativas de la nube le impiden hacer esto e igualmente que el Universo le protegen de colapsar. Bibliografía: http://actualidad.rt.com/ciencias/view/83025-cientificos-alemanes-consiguen-temperatura-baja-cero-absoluto http://www.batanga.com/curiosidades/2011/06/06/que-es-el-cero-absoluto http://www.muyinteresante.es/curiosidades/preguntas-respuestas/cero-absoluto www.cec.uchile.cl/~nerodrig/cero/main.html