Pro leckoho asi bude těžké uvěřit, že přes sestavení mnoha komplikovaných teorií, které popisují fungování světa, se fyzici vlastně ještě neshodli, jak vlastně funguje něco tak úplně základního, jako je měření teploty. Představte si například, že na naše Slunce spadne pořádný ledovec. Za nepatrný okamžik se rozpustí a vypaří, to bezpochyby. Jenže jakou má teplotu těsně předtím, něž k tomu dojde? Podle fyzika Charlese Stafford z Arizonské univerzity na tuhle vcelku základní otázku soudobá fyzika vlastně nenabízí smysluplnou odpověď.
Problém je totiž v tom, že podle tradičních postupů a výpočtů se veličiny jako je teplota nebo třeba napětí měří pouze tehdy, když je měřený systém v rovnováze. A ledovec, který se právě srazil se Sluncem, rozhodně v rovnováze není. Podle Stafforda je vysvětlení prosté Ačkoliv pro mnohé může být šokující, že takhle základní veličiny jsou matematicky definovány jen a pouze pro systémy v rovnováze, teplota a napětí jsou veličiny popsané v 19. století. Stafford k tomu dodává, že ve skutečnosti samozřejmě žádné reálné systémy v rovnováze nejsou, takže měříme teplotu (a napětí) u systémů, pro které nejsou definované. Jedinou výjimkou by snad podle Stafforda mohla být tepelná smrt vesmíru, pokud k ní za nepředstavitelně dlouhou dobu doopravdy dojde. Do té doby si ale na rovnováhy jenom hrajeme a neměli bychom na to zapomínat.
Stafford a doktorand Abhay Shastry, rovněž z Arizonské univerzity, se rozhodli prozkoumat, jak to s teplotou vlastně je. Pohráli si s matematickým modelováním, a pak o tom se sepsali článek do časopisu Physical Review B. Dospěli v něm k názoru, teplota a napětí jsou navzájem tak těsně propojené veličiny, že nelze znát jednu a druhou nikoliv. A také dali dohromady novou teorii.
Jak vyplývá z druhého termodynamického zákona, entropie, čili míra neuspořádanosti systému, má sklon narůstat. Je to vidět, když na kostce ledu vhozené do drinku nebo na dětském pokoji, který je ponechán bez dozoru. Jak je to ale s teplotou? Příklad s ledovcem na Slunci je sice v zásadě realizovatelný, ale v běžném životě se s něčím takovým nesetkáváme. Většina z nás ale určitě zná někoho, kdo vlastní nějaké laserové ukazovátko. A takové laserové ukazovátko, to je vlastně tepelné peklo do kapsy. Po zapnutí laserového ukazovátka totiž elektrony v tomto zařízení dosáhnou teploty, kterou běžná fyzika hodnotí jako „plus nekonečno“. I kdyby někdo vypařil vodu v nitru Slunce, tedy při milionech stupňů Celsia, tak stále nebude tak horká, jako elektrony v laserovém ukazovátku.
Vtip je v tom, že teplota elektronů je kvantový fenomén a nemá moc co do činění s teplotou samotného laserového paprsku nebo snad pouzdra laserového ukazovátka. Jak ostatně ukazuje každodenní zkušenost, laserové ukazovátko se obvykle ihned po zapnutí nevypaří. Shastry to vysvětluje tak, že laserové ukazovátku je příklad systému, který je velice daleko od rovnovážného stavu. Mnohem dál, než třeba takové počasí. Právě počasí a podobné jevy jsou poháněné tepelně, tedy rozdíly teplot. Polovodičová a elektronická zařízení jsou ale poháněná elektřinou, a mohou se dostat do mnohem více nerovnovážných stavů, nežli tepelné systémy.
Proč bychom se měli zajímat o teplotu nerovnovážných systémů? Podle Stafforda dnešní mikroelektronika naráží na problémy s teplem, které vzniká při provozu takových systémů. Stafford a Shastry ukazují, že teplotu vlastně lze dobře definovat i na subatomární úrovni. Díky tomu teď bude možné důmyslně manipulovat s teplotou jednotlivých komponent mikroelektroniky nepatrných rozměrů. V blízké budoucnosti můžeme také čekat teploměry pro měření teploty na úrovni jednotlivých atomů nebo třeba pokrok v magnetické rezonanci.
Stafford a Shastry vytvořili teorii měření teploty a napětí ve výrazně nerovnovážných kvantových systémech, kterou lze aplikovat velmi obecně. Funguje na kvark-gluonové plazma v urychlovači částic, na vnitřek neutronové hvězdy, a dokonce i v laserovém ukazovátku. Kromě toho také přinesli historicky první důkaz pro verzi druhého termodynamického zákona, kterou v roce 1931 formuloval norský fyzikální chemik a držitel Nobelovy ceny za chemii Lars Onsager, a která se týká termoelektrických procesů.
Video: Using nanotechnology to convert waste heat into electricity / Charles Stafford
Literatura
University of Arizona 22. 12. 2016, Physical Review B 94: 155433, Wikipedia (Second law of thermodynamics).
<iframe width="560" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/BG8LYEqNmqk" frameborder="0" allowfullscreen></iframe>
Maxwellův démon může vytěžit práci z kvantové informace
Autor: Stanislav Mihulka (26.12.2013)
Levitující nanočástice dočasně porušuje 2. termodynamický zákon
Autor: Stanislav Mihulka (07.04.2014)
Fyzici si postavili fotonického Maxwellova démona
Autor: Stanislav Mihulka (13.02.2016)
Diskuze:
O mrtvých jen dobře, živé však zaměřujte, i když to jsou naši rómští spojenci!
Josef Hrncirik,2016-12-31 19:38:49
Míní totiž měřit teplotu na úrovni jednotlivých atomů a časem i gluonů
a potom důmyslně manipulovat s teplotou jednotlivých horkých tranzistorů chipu.
V phys.org/news/2016-12-hidden-inferno-laser-pointer.html
navrhují individuálně chladit horké tranzistory chipu (nejspíš max. jen několik biliónů), místo aby zBůhdarma chladili celý chip noisy and vibrating mother fukarem.
Změřit teplotu oblasti několika atomů jim umožní subminiaturní termočlánek kolegy Pramon Reddy.
Měření bude probíhat pochopitelně v limitně bezproudovém (tepelně beztokovém stavu termočlánkového spoje), zřejmě ďábelskou palbou přesných kompezací, aby neovlivnili teplotu měřené oblasti.
Jak však neinvazivně zastrčí do tranzistoru kompenzacemi střídavě horký i studený spoj nelze bez dolarů zjistit.
Termočlánek pozmění lokální napěťové rozdělení i odvod tepla.
V nanoměřítku se teplo (chaotické šumové teplotní vlny) šíří min. místní rychlostí zvuku.
No a z toho je zřejmé, že termočlánek je zařízení umožňující měření teploty na základě produkování entropie vyvolané tepelným tokem v teplotním gradientu.
Pokud však měření je prováděno rafinovanou kompenzační metodou, teoreticky dokážeme měřit i šum teploty či elektrického stavu tranzistoru, pochopitelně ovlivněné i pouhou invazí termočlánku.
Jisté problémy přináší pouze malá reaktivita neutrin.
Ostatně, zapomenuté zapnuté ukazovátko se málokdy vypaří dříve než za hodinu.
Buquoy
Dalibor Štys,2016-12-28 07:44:53
Tedy … JF Buquoy, který to asi první udělal dobře, definoval teplotu pomocí nerovnovážného procesu přenosu tepla, prostřednictvím měření teploměrem. Jeho teplota je dána tím, kolik jednotka hmotnosti měřeného tělesa je schopna přenést tepelné energie „Calorifizierung“ do jednotky hmotnosti teploměru. To se projeví změnou objemu teploměru (Volumifizierung). Přičemž se předpokládá, že jak těleso, tak teploměr, se nacházejí za definovaných podmínek. Tato definice je univerzální a stále platí jak pro teoretické rovnovážné systémy, tak pro systémy nerovnovážné. ( První verze práce/kapitoly Neue Wärmetheorie, dynamisch-mathematisch entwickelt, ohne Annahme eines Wärmestoffs (die bisher Allgemeine hypothese)) vyšla 1817 v knize Skizzen zu einem Gesetzbuche der Natur, poslední úplná verze vyšla v časopise ISIS 1825, p. 159)
Každý proces zahrnující tělesa se skládá ze složky mechanické (Mechanifizierung), která může nabývat hodnot kladných i záporných, a tepelné (Calorifizierung), které může nabývat jen kladných hodnot.
Mezitím jsme zjistili, že hmota má molekulovou podstatu a že atomy mohou být v různých rotačních a vibračních stavech. Pokud tyto dokážeme změřit, najít statistiku takového rozdělení, můžeme i spočítat, kolik Calorifizireung je jedno těleso schopno přenést na druhé než budou mít obě stejnou schopnost Calorifizierungu. Bez ohledu jestli jsou tato tělesa sama o sobě v rovnováze nebo v nerovnováze.
Těleso při teplotě absolutní nuly není schopno calorifizierovat
Mýte na Svém stole vzácné rukopisy z nové hradní knihovny
Josef Hrncirik,2016-12-28 07:59:36
Warum však das Calorifizierung u ochlazovaného Stoff není záporné?
Chtěl si Svůj objev der Entropie odnést do Ruhestatte?
Re: Mýte na Svém stole vzácné rukopisy z nové hradní knihovny
Dalibor Štys,2016-12-28 19:13:43
Na to se pana hraběte věru těžko zeptáme ....
Podle mne byl v jeho době fakt, že mechanický pohyb a tepelné jevy jsou kvalitativně odlišné, už dobře znám a akceptovaný. Proto ten Wärmestoff, teplo se skutečně chová jako svého druhu látka, ta také nemůže mít zápornou hmotu. On chtěl jen říci, že teplo je jeden ze základních jevů, který není třeba vysvětlovat, pouze matematicky popisovat. Podobně jako se to již tehdy dělalo s mechanickým pohybem. V tom je, mimochodem, velké poučení i pro zde diskutovaný článek. Teplo má v různých látkách různé vyjádření - ve plynech to může být třeba převážně různý pohyb molekul, v pevných látkách zas různé rozdělení excitovaných stavů. Pokud se tyto rozmanité látky dostanou do kontaktu, teplo se mezi nimi různými způsoby vyměňuje až se vyrovná. Takže teplo je koneckonců definováno právě tím procesem ekvilibrace...
Jiná věc je, že v Buquoyvě době nebyl ustaven pojem mechanická energie/práce. On operuje pouze s hybnostmi. Taky se do toho při matematickém popisu přeměny tepla na Mechanificierung prostřednictvím Volumisierung trochu zaplétá. Samozřejmě z dnešního pohledu.
Jinak zrovna Skizzen ... jsou na Google books volně, Isis mají celou v Národním muzeu. Budu rád, když si to přečtete a budu si mít s kým povídat. Přece jen na to nemám tolik času.
Vyřiďte prosím J. F. B., že Ho omlouvá masová neznalost zákona zachování energie
Josef Hrncirik,2016-12-28 21:31:33
Kdyby však místo tavení hyalitového skla raději vrtal dělové hlavně, měl by v tom brzičko jasno.
Prozřel by, že teplo je extenzivní veličina (něco jako množství naládovaného prachu) a teplota je intenzivní veličina (něco jako rychlost koule) a nemusel by prodávat teploměry na kila.
Re: Vyřiďte prosím J. F. B., že Ho omlouvá masová neznalost zákona zachování energie
Dalibor Štys,2016-12-29 06:16:57
Mnohé teploměry se ovšem dodnes na gramy prodávají. Teplota je fajn, změřit ji ale znamená interakci dvou hmot, přímým kontaktem nebo prostřednictvím záření.
Já to čtu tak, že JFB se v této práci přiblížil pojmu Gibbsovy/Helholtzovy energie. Pokud mi vydrží energie, někdy za 20 let se do Buquoyských studií důkladně pustím.
Gibbs-Helmholtzova exergie mi určitě 20 let nevydrží
Josef Hrncirik,2016-12-29 16:51:48
Kdyby JFB byl řádně ostřílen jako René, při partiích kulečníku na štábu by nahlédl, že stejně jako koule kulečníkové, tato dělová je vypuzena i brzděna nárazy molekulí. Při rozdělávání ohně stlačením vzduchu nad hubkou v trubici, ev. konečně zcela jistě při tření 2 suchých dřev, by si oživil ev. odvodil převod práce na teplo. Při ústupu na předem připravené pozice, by mu při pohledu na zamrzlý teploměr i barometr bylo pevnou jistotou, že teplotu nelze snižovat pode všechny meze. Zbavil by se tak úplně všech zbytných fluid a snadno by předstihl nižší republikánskou šarži, kolegu Sadiho.
Po skončené bitvě je však každý generálem z epicentra.
Re: Gibbs-Helmholtzova exergie mi určitě 20 let nevydrží
Dalibor Štys,2016-12-30 14:00:45
Pak se budete muset smířit s mým tvrzením, že JFB to chápal dobře, totiž že žádný reálný proces není ani čistě tepelný, ani čistě mechanický. Ale že lze uspořádat měření tak, aby tepelný proces naprosto převažoval a jeden z objektů natolik málo ovlivňoval výsledek, že ho lze považovat za teploměr.
Sadi byl proti JFB břídil a to především proto, že JFB ze své experimentální praxe dobře chápal kondenzovanou fázi, zatímco Sadi pracoval s plyny. JFB právě všechny fluida odstranil, jak jest možno pochopit z části názvu článku ".... ohne Annahme eines Wärmestoffes ...."
Někdy je lépe napřed číst a pak teprve diskutovat :-)
Cokoliv napsáno, bude použito doložitelně proti autorovi, i když se to nenajde či není lehce dostupné
Josef Hrncirik,2016-12-30 21:54:38
Problém je, že nemám prameny, ev. čas to studovat, i když je to poučné a promlčené. JFB byl do toho zatažen nejspíše proti své vůli.
Rozhodně ho nemíním kritizovat, všichni jsme poplatni době a nákladům. Proto vařím z čisté vody to, co si myslím, že jsem v rychlosti někdy zahlédl.
Galilei prý měřil teplotu sadou plováčků různé průměrné hustoty.
Při dané teplotě se vznášel(y) ve vodě této teploty, jen udavači oné teploty. Ostatní lenošily u dna nebo hladiny, ev. naopak k nim pilně spěly.
Možná je to jen sprostá pomluva od inkvizice.
Ergo roztažnosti látek se mohou lišit a měřením jejich hustot (či změny objemu v teploměru ev. i délky samotného teploměru) lze určit jejich teplotu.
Abstrahováno ?mnou: intenzivní veličina i je fcí teploty i(t). Pochopitelně že měření se s časem blíží nějaké ev. poněkud driftující hodnotě a systém musí být rozumně větší a stabilnější než teploměr.
Zda mám fluida? kladná? je mi? šuma?.
Nakonec si koupím teploměr plynový nebo odporový.
V kalorimetru bilancuji fluida podobně jako methanol při při výrobě liquere. Měl bych to promíchat a vyčkat dosti rovnoměrného rozdělení fluida v míseném prostoru. Měřím grády, které to má a porovnávám s očekáváním či naopak a je to fluidometr s thermometrem, čili je to teploměr (pokud to nevedu izotermicky).
Časem začnu nakupovat fluidum síly (hybnosti) a skončím u fluida živé síly (energie).
Vařím z vody. Stavová rovnice je vlastně podklad pro teploměry p(T);
V(T). Mám pocit, že Mayer vypočítal mechanický ekvivalent tepla z úvah o práci vykonané při ohřevu plynu na uzavírající sloupec Hg, a známých dat R a vztahu Cpm-Cvm=R a pochopitelně stavové rovnice. Slil dvě fluida prací a dopracoval? se k zachování energie?.
Zdroje
Dalibor Štys,2017-01-02 10:20:53
https://books.google.cz/books/about/Die_Fundamentalgesetze_an_den_Erscheinun.html?id=AVY_AAAAcAAJ&redir_esc=y&hl=en vpravo nahoře download pdf
Přečtětě, podiskutujeme ...
Zdroje jsou, jen se do nich napíchnout
Josef Hrncirik,2017-01-02 18:11:15
V googlu se cosi ze záhrobí otevřelo. Jednu chvíli se to tvářilo že to je ?8 či 18 stran, dokonce se tam objevilo i cca? 50 stran karet miniatur, 1.šwabach. Tvářilo se to, že to začíná s. cca 385 a zvětšit se TO nedalo.
Záchranná brzda PFD tam nebyla.
Nepomohl ani slib že napíši recenzi. Chtělo to účet.
Mám to zkusit přes ISIS (jak jste minule doporučil) či přes archiv NSA, nebo se musím stát ruským hackerem?
Momentálně mám otevřeno jen 16 souborů a odmítá mi TO (W10)i psát čísla do Excelu a havaruje mi i pošta.
Teplota
Alexandr Kostka,2016-12-27 02:11:09
Teplota laserového ukazovátka v provozu je pár desítek C, a je naprosto exaktně měřitelná. Teplota bodu někde na slunci se měří podstatně hůře, ale též jde o exaktní číslo. Elektron je tak malý, že jeho teplotu neumíme změřit, přesněji ani nevíme jestli nějakou má. Celá teorie mi přijde decentně řečeno divná ale hlavně naprosto zbytečná.
Tajemství Laserova přístroje nám vyzradil mladý výzkumník z Tesly p.R., RNDr. P.N.
Josef Hrncirik,2016-12-27 10:16:43
Budou Vás strašit, že elektrony v Jejich Laserech dosahují prakticky nekonečné teploty, protože se jedná o kvantový a ještě k tomu nerovnovážný fenomén, ostatně jako veškeré Jsoucno.
Buďte však ideologicky pevní.
Kdyby i toto JWHV dopustil, potom by z NP přechodu emitovalo nejen monochromatické polarisované koherentní světlo, ale též tvrdé beta i gama záření poškozující polovodiče i dočasně živou sílu.
Amen.
Petr, já a atomy (elektrony a fotony)
Josef Hrncirik,2016-12-27 13:29:13
Péťa potichu řekl: "Mám mol rudých fotonů (620 nm).
Pro jejich vznik bylo vynaloženo min. 184,3 kJ/mol.
Při vyzáření 1 fotonu zapadnutím é- do díry a jejich znevýznamněním je z místa činu vyzářeno 1,91 e.V/rudý foton.
Nahradím-li pojem teplota, svévolně pojmem tepelná energie 1,91 eV/e a považuji-li svévolně pohyb e- před rekombinací jako pohyb atomu jednorozměrného ideálního plynu, pak tento nemůže mít ani Aristotelovsko-Tomistickou "potenciální teplotu" vyšší než 1,91 eV/(1/2kT) tj. 3*14800 K.
Leč zákonitě dojde k rekombinaci a urvaný se a šťastně se vybitý elektron vychladne ihned opět na domácí teplotu.
Max. po dobu říjícího skoku jej lze formálně považovat za horký, určitě ne za takřka nekonečně horký.
Doba pádu e- do nástrah díry nejspíše nebude mimo interval 10**-17 až **-15 s.
Potom bude e- opět velmi dlouho nastydlý, dokud na něj zase nepřijde řada.
Podělením teploty jádra Slunce 15,7 MK teplotou říjícího elektronu těsně před rekombinací 14,8 kK
Josef Hrncirik,2016-12-27 14:46:01
tak Péťa přesvědčivě spočítal, že voda v jádru Slunce se ohřeje na teplotu 1061x větší než mají elektrony v ukazováčku, v mizícím Aristotelovsko-Tomistickém okamžiku maximální říje.
TTIP Vám bude vnucovat jejich patenty na chlazení gluonů a jiných subatomárních částí of theirs motherboardes
Josef Hrncirik,2016-12-27 16:04:57
Je to zřejmé z toho, že nedokáží rozlišovat mezi teplotou, teplem, energií tepelného pohybu, rychlostí tepelného pohybu, makrosystémem, mikrosystémem, okolím, ustáleným a rovnovážným stavem; řekl Péťa a šel si ohřát párek do kantýny.
Už zbývá jen
Zab Hazar,2016-12-26 18:19:47
začít řešit kolik andělů se vejde na špičku jehly. To jsou tedy starosti...! Mám dojem že určité části soudobé vědy začínají jít samy díky vlastní překomplikovanosti totálně do ři. Čehož indikátorem může být termínus technikus "těsně předtím". :-D
Dávno tomu již, co mě v pozdních nočních hodinách v kurzech VUML naučil pračlověk Janečka, že
Josef Hrncirik,2016-12-26 20:02:27
abstraktní buržoazní pojem teploty je toliko kolektivní vlastností velkého souboru částic a pro jedinou částici a jediný okamžik je to jen prázdný idealistický blábol, který nebere ohled na okolí a nevyhnutelný vývoj.
Re: Dávno tomu již, co mě v pozdních nočních hodinách v kurzech VUML naučil pračlověk Janečka, že
Milan Krnic,2016-12-27 11:09:31
Je zcela pochopitelné, že ti ze staré školy těžko uchopují pocitovou vědu, jako je např. tématický, emočně a marketingově podbarvený důkaz teorií, a tedy nejsou s to ocenit její benefity.
Na obr.1 sa mi neĺúbi pocit ak idú z Galície a divo bijú nad Fatrú
Josef Hrncirik,2016-12-27 15:53:13
Článek je opět za dolary, tj. pro čtenáře bez bonů nedostupný
Josef Hrncirik,2016-12-25 21:43:12
Padá-li ledovec do Slunce, naměřím podobně jako u pozemského tání ledovců potřebnou teplotu vhodným umístěním teploměru.
Re: Článek je opět za dolary, tj. pro čtenáře bez bonů nedostupný
Milan Krnic,2016-12-25 23:20:26
:-D
Tzv. pocitové umístění je ovšem trendy, harmonickým skloubením vědy a pocitů.
Jednoduchá? otázka
Josef Hrncirik,2016-12-26 09:32:43
Je v kapse standardní kapesní teplota, tj. podle NIST: "t=+10**-7 biliónů °F"?
Zaujalo mě PRC laserové ukazovátko Red Dragon, kombinované s taserem
Josef Hrncirik,2016-12-26 11:52:46
Po zahřátí elektronů ze standardní kapesní teploty na +oo °F prvním varovným výstřelem mezi oči, poskytuje deklarovaný výkon třídy 2M (tj. 2 MW po dobu nejméně 0,2 s), jak požaduje Military Standard pro bezpečné použití proti pilotám.
Líbí se mi vytvoření vodivé dráhy pro taser při posvíceních.
Nejde však jen o běžné klamavé reklamy či strojové překlady z rozsypaného čaje?
Re: Jednoduchá? otázka
Milan Krnic,2016-12-27 11:27:44
Nejsem si jistý, zda se ptáte na správném místě. Standardem je to, na čem se dohodneme, že jako standard stanovíme.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
