Cero absoluto
El cero absoluto es el límite más bajo de la escala de temperatura termodinámica , un estado en el que la entalpía y la entropía de un gas ideal enfriado alcanzan su valor mínimo, tomado como kelvin cero . Las partículas fundamentales de la naturaleza tienen un movimiento vibracional mínimo, reteniendo solo el movimiento de partículas inducido por energía de punto cero , mecánico cuántico . La temperatura teórica se determina extrapolando la ley de los gases ideales ; por acuerdo internacional, el cero absoluto se toma como −273,15 grados en la escala Celsius ( Sistema Internacional de Unidades ), [1] [2]que equivale a -459,67 grados en la escala Fahrenheit ( unidades habituales de los Estados Unidos o unidades imperiales ). [3] Las escalas de temperatura correspondientes de Kelvin y Rankine establecen sus puntos cero en cero absoluto por definición.
Se piensa comúnmente que es la temperatura más baja posible, pero no es el estado de entalpía más bajo posible, porque todas las sustancias reales comienzan a apartarse del gas ideal cuando se enfrían a medida que se acercan al cambio de estado a líquido y luego a sólido; y la suma de la entalpía de vaporización (gas a líquido) y la entalpía de fusión (líquido a sólido) excede el cambio de entalpía del gas ideal al cero absoluto. En la descripción de la mecánica cuántica , la materia (sólida) en el cero absoluto está en su estado fundamental , el punto de menor energía interna .
Las leyes de la termodinámica indican que no se puede alcanzar el cero absoluto utilizando solo medios termodinámicos, porque la temperatura de la sustancia que se enfría se acerca asintóticamente a la temperatura del agente refrigerante , [4] y un sistema en el cero absoluto todavía posee energía mecánica cuántica de punto cero. , la energía de su estado fundamental en el cero absoluto. La energía cinética del estado fundamental no se puede eliminar.
Los científicos y tecnólogos alcanzan habitualmente temperaturas cercanas al cero absoluto, donde la materia exhibe efectos cuánticos como el condensado de Bose-Einstein , la superconductividad y la superfluidez .
A temperaturas cercanas a 0 K (-273,15 ° C; -459,67 ° F), cesa casi todo el movimiento molecular y Δ S = 0 para cualquier proceso adiabático , donde S es la entropía . En tal circunstancia, las sustancias puras pueden (idealmente) formar cristales perfectos como T → 0. La forma fuerte de Max Planck de la tercera ley de la termodinámica establece que la entropía de un cristal perfecto se desvanece en el cero absoluto. El teorema del calor de Nernst original hace la afirmación más débil y menos controvertida de que el cambio de entropía para cualquier proceso isotérmico se acerca a cero cuando T → 0:
El postulado de Nernst identifica la isoterma T = 0 como coincidente con la adiabática S = 0, aunque otras isotermas y adiabáticas son distintas. Como no hay dos adiabáticos que se crucen, ningún otro adiabático puede cruzar la isoterma T = 0. En consecuencia, ningún proceso adiabático iniciado a una temperatura distinta de cero puede conducir a una temperatura cero. (≈ Callen, págs. 189-190)
