Wie nährt man sich experimentell -273,15°C

134340 · Anmeldungsdatum: 27.05.2011 Beiträge: 85 Wohnort: Raccoon City

Ich habe irgendwo gelesen, dass man sich dem absoluten Nullpunkt nur nähern kann, ihn aber (experimentell) nicht erreichen kann. Nun wollte ich fragen, wie kühlt man etwas denn soweit herunter?

MI · Anmeldungsdatum: 03.11.2004 Beiträge: 828 Wohnort: München

Das sind meines Wissens Stufenprozesse. Für sehr kleine Temperaturen eignet sich die magnetische Kühlung.
Diese basiert darauf, dass unterschiedliche Ausrichtungen der magnetischen Momente unterschiedlich zur Entropie beitragen. Je mehr die Momente geordnet sind, desto geringer ist die Entropie.

Wir halten also die Temperatur konstant und schalten ein äußeres Magnetfeld ein, was uns die Entropie absenkt, da die Momente ausgerichtet werden (isothermer Prozess). Danach schalten wir das Magnetfeld ab in einem adiabatischen Proezess (wie der genau praktisch realisiert ist, weiß ich nicht genau). Da dadurch die Entropie nicht verändert wird, muss die Temperatur sinkt die Temperatur des Systems.

Für noch tiefere Temperaturen (bei freien Teilchen) gibt's z.B. Laserkühlung. Diese beruht darauf, dass man die Atome in dem zu kühlenden Stoff in höhere Energieniveaus und dabei einen kleinen Impuls überträgt (die Atome geben dann das Licht mit spontaner Emission wieder ab). Da die Abstrahlung in irgendwelche Richtung erfolgt, gibt's im Mittel eine Beschleunigung in Richtung des Laserlichts.

Und wie kühlt das jetzt? Wenn man sich jetzt einen scharfen (d.h. eher langlebigen) Übergang nimmt und dann Laserlicht, dass eine Frequenz hat, die eben nicht ganz dazu passt (leicht darunter liegt), dann wird durch den Dopplereffekt für die Teilchen, die sich in Richtung Licht bewegen, die Frequenz etwas erhöht, was dazu führt, dass die Teilchen das Licht absorbieren können - und eben abgebremst werden.

Gruß
MI

134340 · Anmeldungsdatum: 27.05.2011 Beiträge: 85 Wohnort: Raccoon City

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Bis ca. 1K kann man mit He-4 Kryostaten arbeiten. Durch einfaches Abpumpen unter den Normaldruck wird Energie und damit Wärme entzogen -> Temperatur fällt. Bei Normaldruck hat flüssiges He-4 eine Temperatur von T=4,2K.

Noch tiefere Temperaturen (10mK) erreicht man mit Mischungskryostaten, die auf dem Phasengleichgewicht zwischen H-3 und He-4 beruhen:

http://de.wikipedia.org/wiki/Mischungskryostat

Mit adiabatischer Entmagnetisierung erreicht man uK.

http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetische_K%C3%BChlung

Die Probe selbst muss dabei nicht magnetisierbar sein, das paramagnetische Salz dient nur als Kühlmittel, welches die Probe mit abkühlt, bzw. ihr Wärme entzieht.

Rmn · Anmeldungsdatum: 26.01.2010 Beiträge: 473

Den abs. Nullpunkt kann man auch theoretisch nicht erreichen.

134340 · Anmeldungsdatum: 27.05.2011 Beiträge: 85 Wohnort: Raccoon City

Ok, danke für die vielen antworten.

dermeister · Anmeldungsdatum: 02.05.2011 Beiträge: 262

Für ganz kleine Temperaturen klappt auch Laser-cooling nicht mehr. Da nimmt man dann die sogenannte "evaporative Kühlung". Vereinfacht kann man das so ausdrücken:
In einem Gas sind die kalten Gebiete dichter und deshalb unten. Nimmt man die oberen, "warmen" Teilchen weg, ist das übrige im Mittel kälter.

vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/Evaporative_Kühlung

134340 · Anmeldungsdatum: 27.05.2011 Beiträge: 85 Wohnort: Raccoon City

Aber wieso funktioniert die Laser-Kühlung da nicht mehr? Diese Methode schien mir die beste zu sein.

Hagbard · Anmeldungsdatum: 07.02.2006 Beiträge: 320 Wohnort: Augsburg

Die Ursachen hierfür sind denke ich, dass auch der relativ monochromatische Laser eine spektrale Breite besitzt und, dass der Bremseffekt ja durch die Spontane Emission kommt. Die Zitterbewegung der Atome verschwindet nur im Mittel.