절대온도를 영하 273.15℃로 정한 이유는 무엇인가요?
절대 온도가 영하 273.15℃라고 하는데 그렇게 정한 이유는 무엇인가요? 그리고 절대 온도보다 낮은 온도가 존재할 수 있나요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 샤를의 법칙에 따르면 기체의 온도가 1℃ 상승할 때마다 기체가 0℃일 때의 부피의 1/273씩 부피가 팽창합니다. 반대로 기체의 온도가 1℃ 하강하면 기체의 부피는 0℃일 때 부피의 1/273씩 수축합니다. 그렇다면 기체의 부피가 0℃일 때 부피의 두 배가 되려면 기체의 온도는 몇 ℃가 되어야 할까요? 기체의 온도가 273℃가 되면 0℃일 때의 부피의 2배가 됩니다. 같은 원리로 기체의 온도가 -273℃가 되면 기체의 부피는 0이 됩니다. 이 때 기체의 부피가 완전히 사라지는 온도, 즉 -273℃를 0으로 정한 온도가 절대 온도입니다. 게이뤼삭은 실험을 통해 얻은 자료를 바탕으로 기체의 부피가 0이 되는 온도가 -273℃가 될 것이라 예측하였고, 샤를의 법칙을 표현하는 공식에 처음으로 273이라는 숫자를 사용하였습니다. 하지만 게이뤼삭이 절대 온도를 처음으로 이야기한 사람은 아닙니다. 절대 온도는 제 1대 켈빈 남작인 윌리엄 톰슨(William Thomson, 1st Baron Kelvin, 1824∼1907)이 정한 것으로 켈빈 온도라고 부르기도 하며, 단위는 켈빈의 첫 글자를 딴 K를 사용합니다. 절대 온도는 섭씨 온도에 273을 더하면 구할 수 있습니다. 절대 온도 0K를 ‘절대 영도’라고 하는데, 절대 영도에서는 이론적으로 모든 분자들의 운동이 멈추고, 기체의 부피가 0이 됩니다. 실제로 절대 영도, 즉 기체의 부피가 0이 되는 온도를 만들 수는 없다고 합니다. 대부분의 기체가 0K가 되기 전에 이미 액체로 변하기 때문입니다. 이산화탄소는 -79℃에서 고체인 드라이아이스가 되고, 산소는 -183℃에서 액체가, -218℃에서는 고체가 됩니다. 질소는 -196℃에서 액체로 변하고 -210℃까지 온도가 낮아지면 고체로 변합니다. 헬륨은 -269℃에서 액체로 상태가 변합니다. 온도의 단위로는 섭씨도(℃), 화씨도(℉), 캘빈(K)이 있습니다. 섭씨 온도는 물의 어는점을 0℃, 끓는점을 100℃로 정한 것입니다. 화씨 온도는 물의 어는점을 32℉, 끓는점을 212℉로 정한 것이며, 절대 온도에서는 물의 어는점이 273.15K, 물의 끓는점이 373.15K가 됩니다.(출처 : 교육부 - 기체의 상태를 설명하는 '샤를의 법칙')
위에서 보듯이 절대 온도는 더 밑으로 만들수 있으나 기체 상태에서의 더 낮은 온도는 불가능하다는 것입니다.
만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.안녕하세요. 이성현 과학전문가입니다.
-273.15℃ 이하에서는 기체의 부피가 0이 되기에 존재할 수 없는 온도입니다.
따라서 -273.15℃를 가장 낮은 온도로 설정한 것 입니다.만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.
1848년 켈빈(W.톰슨)이 도입하였습니다. 기호는 K(켈빈)으로 표시합니다. 열역학 제2법칙에 따라 정해진 온도로, 이론상 생각할 수 있는 최저온도를 기준으로 하여 온도단위를 갖는 온도를 말합니다. 국제도량형위원 회는 모든 온도 측정의 기준으로 절대온도를 채택하고 있습니다. 섭씨온도의 경우 1기압에서 물의 어는점을 0℃로, 끓는점을 100℃로 하여 그 사이를 100등분한 온도로 물의 특이성을 이용하여 온도를 나타냅니다. 화씨온도의 경우에도 1기압에서 물의 어는점을 32℉, 끓는점을 212℉로 정하고, 이를 180 등분한 온도로 물 의 특이성을 이용하여 나타내고 있습니다. 하지만 절대온도는 물질의 성질에 의존하지 않습니다. 절대온도 외의 대부분의 온도는 상대적인 개념을 갖고 만들었기 때문에 과학적인 계산을 하기에 무리가 따릅니다. 쉽게 말하면 10℃의 2배를 20℃로 볼 수 없습니다. 하지만, 절대온도의 경우엔 100K의 2배는 200K으로 보아도 무방합니다.
흔히 절대영도라고 불리는 온도보다 더 낮은 온도는 없습니다. 이 온도는 정확하게 -273.16℃입니다. 이 온도를 절대온도 0도(0K)라고 하기도 합니다. 절대영도가 존재하는 이유는, 이 온도에서 열역학적인 계가 최저의 에너지 상태에 도달하기 때문입니다. 이런 궁극적 최저온도가 존재할 것이라는 예상은 저온에서 온도가 내려감에 따라 기체가 한없이 수축하는 현상으로부터 암시된 바 있습니다. 물론 실제로는 모든 기체가 절대 영도 이상의 온도에서 액체나 기체로 변하게 되므로 부피가 0에 이르는 수축은 일어날 수 없습니다.
만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.
절대 온도는 물리학에서 거시적으로 이론적인 온도의 최저점으로, 0 켈빈의 온도를 의미합니다. 0 켈빈은 절대 영도로 정의되며, 이는 -273.15℃에 해당합니다.
절대 온도를 영하 273.15℃로 정한 이유는 다음과 같습니다.
분자의 운동이 완전히 정지하는 온도입니다.
열역학의 제3법칙에 의해 모든 물질의 내부 에너지는 절대 0도에서 0이 됩니다.
절대 온도보다 낮은 온도는 존재할 수 없습니다. 절대 온도는 분자의 운동이 완전히 정지하는 온도이며, 이는 물리 법칙에 의해 불가능합니다
만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.
