Na co wpływa temperatura?

Kiedy słyszymy słowo temperatura, myślimy najczęściej o tym jak ciepłe jest nasze ciało albo ile stopni mamy za oknem. Jednak kwestia energii cieplnej i termodynamiki jest o wiele bardziej skomplikowana. W zależności od warunków, ciała potrafią zachowywać się podobnie w różnych temperaturach, a jej wartość często determinuje stan skupienia danej substancji. W tym artykule zajmiemy się kilkoma najciekawszymi aspektami, związanymi ze zmianami jej wartości.

Kiedy wrze woda?

Od dziecka jesteśmy nauczani w szkołach, że temperatura wrzenia wody (czyli momentu w którym ze stanu ciekłego przechodzi w gazowy) wynosi 100 stopni Celsjusza. Czy jednak zawsze tak jest? Otóż nic bardziej mylnego. Określenie to jest sporym uproszczeniem, gdyż w zasadzie nie ma ona stałej wartości. Zależy ona między innymi od ciśnienia w którym się znajduje. W przypadku otaczających nas 1013hPa (wartość określana jako warunki normalne) woda wrze w 100 stopniach, natomiast kiedy ciśnienie jest wyższe lub niższe to zmienia się jej wartość w górę albo w dół.

Zobrazujmy więc jak znacząca jest to różnica. Jeżeli wejdziemy na szczyt najwyższej góry świata – Mount Everest zaobserwujemy, że temperatura wrzenia tam wody będzie wynosić… 68 stopni Celsjusza. Jest tak dlatego, że panuje tam ciśnienie ok 310hPa. Jeżeli natomiast weźmiemy pod uwagę kominy hydrotermalne gdzie ciśnienie jest wielokrotnie wyższe, to woda może tam pozostawać w stanie ciekłym nawet w temperaturze kilkuset stopni!

Zero bezwzględne

Zero bezwzględne to taka wartość temperatury, w której wszystkie elementy należący do termodynamicznego układu odniesienia uzyskują najniższą z możliwych energii. Odpowiada ona wartości -237,15 stopnia Celsjusza – czyli 0 Kelwinów. Określenie to powstało w 1702r. za pośrednictwem naukowca – Guillaume’a Amontonsa. Było to konkluzją z zależności ciśnienia gazów od ich temperatury. Odkrył on, że ciśnienie jest proporcjonalne do temperatury pomniejszonej o stałą wartość jednakową dla wszystkich gazów. W 1848r. Kelvin stworzył system, w którym temperaturę wyznaczano jako bezwzględną, co pozwoliło na wyeliminowanie ze wzorów stałej, którą trzeba było dodawać do temperatury. Wartość omawianego zera bezwzględnego wyznaczył na podstawie teoretycznych obliczeń temperatury dla kryształu doskonałego, przy której miały w nim ustać wszelkie drgania tworzących go cząstek.

Co ciekawe, do tej pory nie udało się tej temperatury osiągnąć. Najbliżej dokonania tego przełomu był zespół naukowców z Instytutu Technologii Massachusettts w Cambridge. W 2003 udało się tam osiągnąć mechanicznie temperaturę 450 pikokelwinów. Najprawdopodobniej całkowite zero bezwzględne nigdy nie zostanie uzyskane. Dlaczego tak jest? Otóż jest to sprzeczne z zasadami mechaniki kwantowej, według której każda z cząsteczek musi posiadać jakąś energię. Jej minimalna wartość określana jest jako punkt zerowy, czyli najniższa możliwa energia jaką może przyjąć dany układ kwantowy.

Czy temperatura zabija w kosmosie?

Wiemy, że w kosmosie jest bardzo zimno. Jak zimno? Przestrzeń kosmiczna w okolicy ziemi oświetlona przez promienie słoneczne ma temperaturę - 100 stopni Celsjusza, natomiast w miejscach, pozostających w cieniu aż – 180 stopni Celsujusza. Czy to temperatura zabija organizm wystawiony na jej wpływ bez osłony? Otóż nic bardziej mylnego, czynnikiem, który odpowiada za śmierć człowieka w kosmosie jest… próżnia.

Wbrew filmowym mitom do zgonu w kosmosie nie dochodzi poprzez „wybuch człowieka”, zamarznięcie czy „zagotowanie” krwi. To właśnie wpływ próżni powoduje śmierć poprzez utratę całego tlenu z organizmu, a w konsekwencji zatrzymanie akcji serca. W ciągu kilkunastu sekund człowiek traci przytomność za przyczyną jego gwałtownej utraty. Jeżeli wstrzymamy w tym momencie oddech, spowodujemy rozerwanie płuc i dostanie się pęcherzyków powietrza do opłucnej. Tak czy inaczej człowiek może umrzeć maksymalnie w przeciągu dwóch minut, co wykazały testy na zwierzętach u których akcja serca ustawała w ciągu 90 sekund, a śmierć mózgu następowała po 120 sekundach.