MENÚ CERRAR

Noticia

22/01/2013 - Una temperatura por debajo del cero absoluto
Menéame
Boton de compartir en Facebook Enviar a un amigo

 

Max Planck Institute of Quantum Optics - En la escala de temperatura absoluta, usada por los físicos y conocida como escala Kelvin, no es posible llegar por debajo del cero – al menos no en el sentido de lograr menos de cero kelvin (-273,15 º Centígrados o Celsius).

 

De acuerdo con el significado físico de temperatura, la temperatura de un gas viene determinada por el movimiento caótico de sus partículas – cuanto más frío está el gas, más lentas van las partículas. A cero grados kelvin las partículas dejan de moverse y desaparece todo el desorden. Por tanto, nada puede estar más frío que el cero absoluto en la escala Kelvin.

 

Físicos de la Universidad Ludwig-Maximilians de Múnich (Ludwig-Maximilians University Munich) y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (Max Planck Institute of Quantum Optics) en Garching, han creado un gas atómico en el laboratorio que, sin embargo, ha logrado valores kelvin negativos. Estas temperaturas absolutas negativas tienen varias consecuencias absurdas: aunque los átomos del gas se atraen entre sí y dan lugar a una presión negativa, el gas no colapsa – un comportamiento que también se propone para la energía oscura en la cosmología. Motores de calor supuestamente imposibles, como un motor de combustión con una eficiencia termodinámica por encima del 100%, también pueden hacerse con la ayuda de las temperaturas absolutas negativas.

 

Para hervir agua se necesita energía. A medida que se calienta el agua, las moléculas aumentan su energía cinética y se mueven, en promedio, cada vez más rápido. Aun así, las moléculas aisladas tienen distintas energías cinéticas – desde las muy lentas, a las muy rápidas. Los estados de baja energía son más probables que los de mayor energía, es decir, solo unas pocas partículas se mueve realmente rápido. En física, la distribución se conoce como distribución de Boltzmann. Los físicos que trabajan junto a Ulrich Schneider e Immanuel Bloch han creado un gas en el que esa distribución está totalmente invertida: muchas partículas poseen altas energías y solo unas pocas energías bajas. Esta inversión de la distribución de energía significa que las partículas han asumido una temperatura absoluta negativa.

 

La distribución de Boltzmann invertida es el distintivo de la temperatura absoluta negativa; y esto es lo que hemos logrado”, dice Ulrich Schneider. “Aunque el gas no está más frío que cero kelvin, sino más caliente”, tal como explican los físicos: “Está incluso más caliente que cualquier otra temperatura positiva – la escala de temperatura simplemente no termina en un infinito, sino que, en su lugar, salta a valores negativos”.

 

 

Una temperaturanegativa sólo se puede lograr con un límite superior de energía

 

El significado de una temperatura absoluta negativa puede ilustrarse mejor mediante unas esferas rodando en un paisaje montañoso, donde los valles hacen el papel de energías potenciales bajas y las cimas de energías altas. Cuanto más rápidamente se mueven las esferas, mayor es su energía cinética: si empiezan con temperaturas positivas, y se incrementan la energía total de las esferas calentándolas, las esferas se dispersarán cada vez más en regiones de alta energía. Si fuese posible calentar las esferas a una temperatura infinita, habría una probabilidad igual de encontrarlas en cualquier punto del paisaje, independientemente de la energía potencial. Si ahora se pudiese añadir aún más energía y, por tanto, calentar las esferas todavía más, se reunirían preferiblemente en estados de alta energía y estarían más calientes que una temperatura infinita. La distribución de Boltzmann se invertiría y, por tanto, tendríamos una temperatura negativa.

 

La primera impresión es que puede parecer extraño que una temperatura absoluta negativa sea más caliente que una positiva, sin embargo, esto es simplemente una consecuencia de una definición histórica de la temperatura absoluta, si se definiese de forma distinta, no existiría esta aparente contradicción.

 

Esta inversión de la población de estados de energía no es posible en el agua, ni en ningún otro sistema natural, dado que el sistema tendría que absorber una cantidad infinita de energía, lo cual es imposible. Sin embargo, si las partículas poseen un límite superior de energía, como la cima de la colina en el paisaje de energía potencial, la situación sería completamente diferente. Los investigadores del grupo de investigación de Immanuel Bloch y Ulrich Schneider han ideado ese sistema en su laboratorio con un gas atómico con un límite superior de energía, siguiendo las propuestas teóricas de Allard Mosk y Achim Rosch.

 

En su experimento, los científicos enfriaron alrededor de 100.000 átomos en una cámara de vacío a una temperatura de unas billonésimas de Kelvin y los capturaron en trampas ópticas hechas de haces láser. El ultravacío existente alrededor de los átomos garantiza queestos estén perfectamente aislados del entorno. Los haces láser crean lo que se conoce como una red óptica, en la que los átomos se reordenan regularmente en las posiciones de la red. En esta red, los átomos aún pueden moverse desde una posición a otra gracias a efecto túnel, aunque su energía cinética tiene un límite superior y, por tanto, posee el límite superior de energía requerido. La temperatura, sin embargo, no se relaciona solo con la energía cinética, sino con la energía total de las partículas, lo que, en este caso, incluye la interacción y la energía potencial. El sistema de los investigadores de Múnich y Garching también establece un límite a ambas. Los físicos llevaron entonces los átomos a este límite superior de la energía total – logrando de este modo una temperatura negativa, a menos unas pocas mil millonésimas de kelvin.

 

 

A temperatura negativa un motor puede realizar más trabajo

 

Si las esferas poseen una temperatura positiva y están en un valle a su mínima energía potencial, este estado, obviamente, es estable – esta es la naturaleza tal como la conocemos. Si las esferas se sitúan en la cima de una colina a su máxima energía potencial, entonces normalmente rodarán hacia abajo y, por tanto, convertirán la energía potencial en energía cinética. “Si las esferas están a temperatura negativa, sin embargo, su energía cinética será tan grande que no pueden aumentar más”, explica Simon Braun, estudiante de doctorado en el grupo de investigación. “Las esferas no pueden rodar hacia abajo, y permanecen en la cima de la colina. ¡El límite de energía logra de este modo mantener estable el sistema!”. El estado de temperatura negativa en su experimento es, efectivamente, tan estable como un estado de temperatura positivo. “Por tanto, hemos creado el primero estado de temperatura absoluta negativa para partículas en movimiento”, añade Braun.

 

La materia a temperaturas absolutas negativas tiene todo un rango de asombrosas consecuencias: con su ayuda, se podrían crear motores de calor, tales como los motores de combustión, con una eficiencia de más del 100%. Esto no implica, no obstante, que se viole la ley de la conservación de la energía. En lugar de esto, el motor no solo podría absorber energía del medio más caliente, y por tanto funciona, sino que al contrario que en el caso normal, también podría hacerlo de un medio más frío.

 

A temperaturas puramente positivas, inevitablemente el medio más frío se calienta, absorbiendo por tanto una parte de la energía del medio más caliente y, de este modo, limitando la eficiencia. Si el medio caliente tiene una temperatura negativa, es posible absorber energía de ambos medios simultáneamente. El trabajo realizado por los motores, por tanto, es mayor que la energía tomada solo del medio caliente – y la eficiencia queda por encima del 100%.

 

El logro de los físicos de Múnich podría además ser interesante para la cosmología, dado que el comportamiento termodinámico de la temperatura negativa, muestra paralelismos con la conocida como energía oscura. Los cosmólogos proponen la energía oscura como una esquiva fuerza que acelera la expansión del universo aunque, de hecho, el cosmos debería contraerse debido a la atracción gravitatoria entre todas las masas. Existe un fenómeno similar en la nube atómica del laboratorio de Múnich: el experimento depende del hecho de que los átomos del gas no se repelen entre sí como en un gas normal, sino que interactúan de forma atractiva. Esto significa que los átomos ejercen, en su lugar, una especie de presión positiva. Como consecuencia, la nube de átomos quiere contraerse y debería colapsar – tal como se esperaría del universo bajo el efecto de la gravedad. Pero debido a su temperatura negativa, esto no sucede. El gas no colapsa, al igual que tampoco lo hace el universo.


Fuente


Otras noticias del sector

27/03/2024 - Premio a la tecnología de detección de la corrosión en las estructuras de hormigón armado desarrollada por la UPV

 

La Universitat Politècnica de València (UPV) ha desarrollado una tecnología pionera para detectar y prevenir la corrosión en las estructuras de hormigón armado. La propuesta para implementarla en la ciudad de València ha sido galardonada con el prestigioso Premio Sandalio Miguel y María Aparicio.

 

El parque de edificios y de grandes infraestructuras ...


Más información

14/03/2024 - El IIE entrega sus reconocimientos de honor a Javier Targhetta, Juan Tomás Hernani y Luis Gil

 

Javier Targhetta, consejero delegado de Atlantic Copper, Juan Tomás Hernani, consejero delegado de Satlantis, y  Luis Gil, Doctor Ingeniero de Montes y miembro de la Real Academia de la Ingeniería firmaron ayer noche su adhesión a la lista de Miembros de Honor del Instituto de la Ingeniería ...


Más información

09/03/2024 - E&M Combustión culmina un proyecto europeo para diseñar nuevos quemadores de hidrógeno

 

E&M Combustión (E&MC) culmina, junto a Barcelona Supercomputing Center (BSC), el desarrollo de un proyecto europeo de I+D+i que ha dado lugar a la creación de un software de modelización computacional fluidodinámica de quemadores de hidrógeno, mediante la utilización de Computación de Alto Rendimiento (HPC por su acrónimo en inglés). El software se encargará de ...


Más información

08/03/2024 - Las principales entidades del ferrocarril en España emplean a un 20,4% de mujeres

 

Con motivo del Día Internacional de la Mujer, la Fundación de los Ferrocarriles Españoles (FFE) publica su segundo informe ‘MujerEs en el Ferrocarril’ con el objetivo de mejorar el conocimiento en el empleo de las mujeres en el ámbito ferroviario e identificar los obstáculos para una igualdad efectiva.

 

Según el informe de ...


Más información

08/03/2024 - Felipe VI preside el Comité de Honor de los actos del 75º Aniversario del Consejo General de los Ingenieros Industriales

 

Mañana, 9 de abril de 202,se cumplirán 75 años desde que el Ministerio de Industria y Comercio autorizó la constitución de los Colegios de Ingenieros Industriales y su coordinación a través del Consejo Superior de Colegios, hoy en día, Consejo General de Colegios Oficiales de Ingenieros Industriales.

 

Durante estos 75 años, los colegios ...


Más información


Banner Bolsa de Trabajo

SUBMETER 4.0

ISF

3S

Prosener

Joole

Portal de Energia

Nanomedicinas

Nanomedicinas

 

Nanotechnology Projects

Application & Drug Delivery


http://www.nanomedicinas.com/

email Ingenieros

ACNUR Submeter ESI

Esta web utiliza cookies con el fin de facilitar y mejorar la navegación a sus usuarios.

Esta web utiliza 'cookies' propias y de terceros para ofrecerte una mejor experiencia y servicio.
Al navegar o utilizar nuestros servicios, aceptas el uso que hacemos de las 'cookies'. Sin embargo, puedes cambiar la configuración de 'cookies' en cualquier momento. Política de Cookies

Acepto las cookies

POLÍTICA DE COOKIES

En cumplimiento de la Ley de Servicios de la Sociedad de la Información y de Comercio Electrónico (LSSI) y en adecuación con la Directiva Europea 2009/136/CE, le informamos de la utilización de cookies en la presente web con el fin de facilitar y mejorar la navegación a los usuarios.

¿QUÉ SON LAS COOKIES?

Una cookie es un fichero que se descarga en su ordenador al acceder a determinadas páginas web. Las cookies permiten a una página web, entre otras cosas, almacenar y recuperar información sobre los hábitos de navegación de un usuario o de su equipo y, dependiendo de la información que contengan y de la forma en que utilice su equipo, pueden utilizarse para reconocer al usuario.

¿QUÉ TIPOS DE COOKIES UTILIZA NUESTRA WEB?

  • Cookies de rendimiento: Estas cookies se utilizan para mejorar su experiencia de navegación y optimizar el funcionamiento del sitio web. Almacenan configuraciones de servicios para que no tenga que reconfigurarlos cada vez que visite este sitio web.
  • Cookies de análisis: Son aquéllas que bien tratadas por nosotros o por terceros, nos permiten cuantificar el número de usuarios y así realizar la medición y análisis estadístico de la utilización que hacen los usuarios del servicio ofertado. Para ello se analiza su navegación en nuestra página web con el fin de mejorar la oferta de productos o servicios que le ofrecemos.

¿CÓMO GESTIONAR LAS COOKIES DE SU NAVEGADOR?

Puede usted permitir, bloquear o eliminar las cookies instaladas en su equipo mediante la configuración de las opciones del navegador instalado en su ordenador.

ACEPTACIÓN DE COOKIES

Usted, una vez informado sobre la Política de Cookies, puede aceptar la utilización de las mismas por parte de esta web. Sin embargo, puede cambiar la configuración de cookies en cualquier momento, configurando su navegador para aceptar, o no, las cookies que recibe o para que el navegador le avise cuando un servidor quiera guardar una cookie.

Le informamos que en el caso de bloquear o no aceptar la instalación de cookies, es posible que ciertos servicios no estén disponibles sin la utilización de éstas o que no pueda acceder a determinados servicios ni tampoco aprovechar por completo todo lo que nuestras web le ofrece. Además del uso de cookies propias, permitimos a terceros establecer cookies y acceder a ellas en su ordenador.

Le agradecemos que consienta la aceptación de cookies, esto nos ayuda a obtener datos más precisos que nos permiten mejorar el contenido, así como mejorar la usabilidad de la web.

En caso de que este sitio web prestara algún tipo de servicio especial en el que determine unas previsiones específicas diferentes a éstas en lo relativo a la protección de datos personales y la utilización de cookies, prevalecerán las normas particulares indicadas para ese servicio en particular sobre las presentes.

Al acceder a este sitio web por primera vez verá una ventana donde se le informa de la utilización de las cookies, y donde puede consultar la presente "Política de cookies". Si usted acepta expresamente la utilización de cookies, continúa navegando o hace clic en algún link se entenderá que usted ha consentido nuestra política de cookies y por tanto la instalación de las mismas en su equipo o dispositivo.

ACTUALIZACIÓN DE NUESTRA POLÍTICA DE COOKIES

Es posible que actualicemos la Política de Cookies de este sitio web, por ello le recomendamos revisar esta política cada vez que acceda al mismo con el objetivo de estar adecuadamente informado sobre cómo y para qué usamos las cookies. La Política de Cookies se actualizó por última vez el 02 de Septiembre de 2013.

Hosting Lampung Jasa Rekber