Кіріспе
Жердегі ең төменгі температура. Жер бетінде тікелей өлшенген ең төменгі табиғи температура 1983 жылғы 21 шілдеде Антарктидадағы бұрынғы Советтік Восток станциясында жер бетіндегі өлшеулер арқылы тіркелді. 2010 жылғы 10 тамызда спутниктік бақылаулар Dome Argus және Dome Fuji арасындағы қырат бойымен жер бетінің температурасы -98°C екенін көрсетті. Нәтиже 2013 жылғы желтоқсан айында Сан-Францискода өткен Америка геофизикалық одағының 46-шы жылдық мәжілісінде жарияланды; бұл алдын ала мәліметтер және түзетулерге жатады. Бұл мән рекордтық ең төменгі температура ретінде тіркелмеген, себебі ол 1983 жылғы рекордтан айырмашылығы, жердегі термометрлермен емес, спутниктік қашықтықтан сезіну арқылы өлшенген. Жарияланған температура мұз бетінің температурасын көрсетеді, ал Востоктан алынған мәліметтер мұз үстіндегі ауа температурасын өлшеді, сондықтан екеуін тікелей салыстыруға болмайды. Жақындағы зерттеулер Антарктиканың жоғары биіктіктерінде жер бетінің температурасы шамамен -98°C дейін төмендейтінін көрсетті. Өте күшті температура градиентіне байланысты, бұл жер бетіне жақын ауа температурасының шамамен -98°C екенін білдіреді.
Тарихи өрлеу
1838 жылғы 21 қаңтарда орыс саудагері Неверов Якутск қаласында температураның -4 градус екенін тіркеген. 1885 жылғы 15 қаңтарда Г. Вильд Верхоянск қаласында температураның -67,7 градус екенін хабарлады. Келесі сенімді өлшеу 1957 жылы Антарктидадағы Амундсен-Скот Оңтүстік полюс станциясында жасалды, ол 11 мамырда -68 градус және 17 қыркүйекте -72,8 градус көрсетті. Бұл тікелей өлшенген температура бойынша рекорд болып табылады.
Алғашқы тәжірибелер
1904 жылы голландиялық ғалым Хайке Камерлинг Оннес Нидерландының Лейден қаласында сұйық гелий өндіру мақсатында арнайы зертхана құрды. 1908 жылы ол температураны -269 °C-тан төмендетіп, абсолютті нөлден төрт градусқа жеткізе алды. Гелий тек осы ерекше суық күйде ғана сұйықталады, оның қайнау температурасы -268,94 °C (-452,092 F) құрайды. Камерлинг Оннес осы жетістігі үшін Нобель сыйлығын алды. Оннес әдісі газдардың қысымын төмендетуге және адиабатикалық салқындату арқылы оларды суытуға негізделген. Бұл термодинамиканың бірінші заңынан туындайды; мұнда U = ішкі энергия, Q = жүйеге берілген жылу, W = жүйе атқарған жұмыс. Белгілі бір көлемдегі газды қарастырайық. Егер газдың қысымы атмосфералық қысымнан жоғары болса, онда газ босатылғанда айналағы атмосфераға кеңейеді және жұмыс атқарады. Бұл кеңейу адиабатикалық болғандықтан, газ жұмыс істегендіктен, ішкі энергиясы төмендеп, температура да төмендейді.
where U = internal energy, Q = heat added to the system, W = work done by the system. Consider a gas in a box of set volume. If the pressure in the box is higher than atmospheric pressure, then upon opening the gas will do work on the surrounding atmosphere to expand. As this expansion is adiabatic and the gas has done work
Now as the internal energy has decreased, so has the temperature.
Қазіргі заманғы тәжірибелер
2000 жылдың қарашасында Хельсинки технология университетінің төмен температуралық зертханасында 100 пК-тан төмен ядролық спин температурасы тіркелді. Дегенмен, бұл – ядролық спин деп аталатын кванттық қасиетке тән қозғалыстың температурасы еді, барлық мүмкін еркіндік дәрежелері үшін жалпы орташа термодинамикалық температура емес. Мұндай төмен температурада "температура" түсінігі күрделене түседі, себебі молекулалық қозғалыстың еркіндік дәрежелері бойынша теңдесетінін қарапайым түрде болжауға болмайды. Сәйкес ең жоғары сәуле шығаруы инфрақызыл сәулелер емес, радио толқындарда болады, сондықтан жақын орналасқан атомдар оны тиімсіз сіңіреді, бұл жылулық тепе-теңдікке жетуді қиындатады. Төмен температуралық зертхана 1999 жылы 100 пК немесе 1,0 × 10−10 K абсолюттік температураның рекордылық төмен деңгейін тіркеді. Қазіргі төмен температураға жетуге арналған құрал екі сатыдан тұрады. Бірінші саты милликельвин температурасына жету үшін гелийді сұйыту тоңазытқышын пайдаланады, ал екінші саты пикокельвин температурасына жету үшін адиабатикалық ядролық демагнетизацияны қолданады. Өте төмен температуралар суперсұйықтықтар мен Бозе-Эйнштейн конденсаттары сияқты материяның кванттық-механикалық фазаларын бақылау үшін пайдалы, олар жылулық қозғалыс салдарынан бұзылуы мүмкін.