dilluns, de maig 26, 2008

Temperatura límit

La primavera és època de refredats. No perquè hi hagi més virus a l’ambient ni perquè les nostres defenses estiguin més baixes sinó per la impaciència que tenim a vestir-nos com si fos estiu. Tan bon punt comencen a quedar enrere els rigors de l’hivern ja considerem que ha arribat el bon temps i oblidem que per la calor de l’estiu encara falten uns mesos. A sobre ja comença a arribar l’hivern artificial de les oficines i les grans superfícies comercials, amb aquells aires condicionats a temperatures gairebé polars i el nostre cos no ho resisteix.

I si aneu a un país anglosaxó encara resulta més complicat per la mania que tenen de fer servir el sistema Farenheit per mesurar la temperatura. Tan senzill i entenedor que és el clàssic sistema de graus centígrads, que també s’anomenen graus Celsius en honor a qui ho va inventar, l’Anders Celsius. La idea és simple: Agafar la temperatura de congelació de l’aigua pura i definir-ho com zero graus. Tot seguit, mirar la temperatura d’ebullició de l’aigua i definir-la com cent graus. La diferencia entre una i l’altra la dividim en cent parts iguals i ja tenim un grau Celsius, que s’escriu °C.

És clar, va caldre tenir uns detalls en consideració. L’aigua ha de ser pura i la pressió ha de ser l’atmosfèrica que si no els punts d’ebullició i congelació varien. Però aquesta escala va funcionar molt bé, tant que els seus graus es van fer servir per dissenyar una altra escala, la del sistema internacional, que fa servir kelvins.

En aquest cas ja es té en consideració de que parlem quan diem temperatura. El que fem estrictament és mesurar el grau de vibració de les partícules que formen els materials. Les molècules d’aigua estan sempre agitant-se i movent-se. Doncs com més intens sigui el moviment més alta serà la temperatura que mesurarem. I quan passa a estar en forma de gel és perquè les molècules ja estan prou paradetes com per establir unions entre elles que no es trenquin per la vibració.

Per tant, quan es va comprendre això es va poder definir una altra escala per mesurar temperatures. Una que no començava amb la congelació de l’aigua sinó que marcava el zero en aquell punt en que les molècules deixen de vibrar i resten quietes. Allò és el que es diu zero absolut perquè menys moviment que quan ja estàs quiet no pot ser.

Aquest zero absolut, es troba a 273,15 graus celsius sota zero (o -273,15 °C), i l’escala que comença en aquest punt és l'escala kelvin, que fa servir uns graus iguals que els celsius, però que s’anomenen kelvins, i no graus Kelvin, com moltes vegades s’escriu. El símbol és únicament la K i no °K.

Així, el gel es fon a 273,15 kelvins i l’aigua s’evapora a 373,15 kelvins.

Ara bé. Si quan les molècules resten quietes és la temperatura mínima... existeix una temperatura màxima? En teoria podem anar afegint energia a un sistema de manera que les molècules que el formen s’agitin més i més. Però arribarà un moment en que els mateixos components dels àtoms començaran a saltar. Aleshores parlem de plasma (i no el confoneu amb el plasma de la sang). El plasma és el que anomenen quart estat de la matèria, després del sòlid, líquid i gasós. En aquest estat els electrons ja no estan units als àtoms i tenim una barreja de ions i electrons lliures. El foc, els llamps o les estrelles són exemples de plasma. També l’interior d’un tub fluorescent.

Però encara podríem seguir augmentant l’energia que donem a un plasma i la temperatura seguiria augmentant indefinidament, no?

Potser no. Hi ha una temperatura que podria ser el límit superior. És la temperatura a la que els mateixos components dels protons, els quarks, salten i passen a anar per lliure. En aquest punt es forma el que s’anomena plasma de quarks-gluons i que estaria al voltant dels 1,8 bilions! de kelvins (encara que si ho voleu expressar en graus Celsius no notarem la diferència). S’anomena temperatura de Hagedorn, per en Rolf Hagedorn, el físic que la va proposar.

Bé, encara hi ha un límit superior. De nou va ser en Max Planck, (el del temps de Planck), qui la va proposar. La temperatura de Planck és aquella a la que es fusionen l’espai i el temps i que són 1,4 x 1032 kelvins. Però realment aquest nivell ja sembla que no tingui res a veure amb el que entenem per temperatura. Que fins hi tot s'hi evaporen els forats negres!

9 comentaris :

Assenyat ha dit...

I quina era la temperatura del Big Bang? La d'aquest límit superior?

Dan ha dit...

Exacte!

Carquinyol ha dit...

llavors en Chiquito podria dir alguna cosa semblant a "eres mas extraño que un termómetro en Kelvins con negativos, jarrr" ?

La primavera el que és és un maldecap alhora de fer la maleta !!!

Dodger ha dit...

En Planck sempre al límit. Me l'imagino provant quantes vegades com a màxim podia deixar la tovallola molla sobre el llit fins que la seva dona l'enviés a fregar. El temps de convivència de Plank.

fcasarra ha dit...

El gas de dins un fluorecent está en estat de plasma encara que estigui apagat? O cal encendre'l per poder dir que té plasma al seu interior?

Crec que cal precisar que el fluorescent ha d'estar encés per poder afirmar que a dins hi ha plasma.

Alasanid ha dit...

Ja li agradava ja a Max Plancl arribar fins al límit...

Hem arribat a pocs decimals del 0 absolut però pel que fa a màximes... Hem arribat al Quark-gluon plasma però com sempre les magnituds de Planck queden lluny. Encara ens queden 20 zeros.

Dan ha dit...

carquinyol. ...mas extraño que un termómetro en Kelvins con negativos, jarrr" Genial!

dodger. En Planck era un fora de sèrie. Passava dels límits i tot.

fcasarra. Cet. Cal que estigui encés. El corrent fa que els àtoms del gas de l'interior (neó o altres) s'ionitzi.

alasanid. Les magnituds de Planck crec que trigaran unes quantes generacions a veure-le's.

omalaled ha dit...

Molt bo aquest post, Dan.

M'agradaria puntualitzar un detall i és que la temperatura no és literalment mesurar el grau de vibració de les partícules que formen els materials. En realitat la temperatura és l'energia mitjana de les partícules. Aquesta energia es pot donar en forma de vibració, velocitat (linial) o rotació. Per exemple, al Sol, la energia dels nuclis ve de la seva velocitat i no vibració.

Salut!

Dan ha dit...

correcte. Més que vibració és tracta del movinment en qualsevol sentit.