Temperatur unter dem absoluten Nullpunkt

Wissenschaftlern ist es gelungen Temperaturen zu erreichen die unterhalb des absoluten Nullpunktes liegen.
Allerdings ist dies eher eine Frage der Definition des absoluten Nullpunktes.

http://www.spektrum.de/alias/absoluter-nullpunkt/boltzmann-steht-kopf/1180091

Anhänger freier Energiemaschinen dürfte folgendes aufhorchen lassen:

Eine weitere verblüffende Konsequenz von Materie bei negativer absoluter Temperatur ist, dass man mit ihrer Hilfe zum Beispiel Motoren bauen könnte, deren Effizienz über 100 Prozent beträgt, ohne dass der Energieerhaltungssatz verletzt wird. Bei einem "normalen" Prozess heizt sich das kältere Medium zwangsläufig auf, was die Effizienz limitiert. Ist das heiße Medium dagegen bei einer negativen Temperatur, so kann – zumindest hypothetisch – gleichzeitig aus beiden Medien Energie entnommen werden, behaupten die Wissenschaftler.

Soweit ich das beurteilen kann, läge der Wirkungsgrad eines solchen Motors nur dann über 100 % wenn nur das geschlossene System alleine betrachtet werden würde.

Was meint ihr dazu?

Celladoor schrieb:Soweit ich das beurteilen kann, läge der Wirkungsgrad eines solchen Motors nur dann über 100 % wenn nur das geschlossene System alleine betrachtet werden würde.

Nein, das wäre ein perpetuum mobile. Gibbet nich.
Wo soll denn die zusätzliche Energie herkommen?

StUffz schrieb:Nein, das wäre ein perpetuum mobile. Gibbet nich.

Hab ich was anderes behauptet?

@StUffz
Hervorragend dass Dus grade ansprichst.. :) wo kommt die Energie überhaupt her? Hätte beinahe einen Thread dazu eröffnet... war aber zu erschöpft..

Der Effizienzgrad kann bei max 100% liegen.Ist mir raetselhaft wie der darueber liegen soll......

ash

Beim absoluten Nullpunkt bewegen sich die Teilchen doch gar nicht mehr, deswegen ist es so kalt. Wie soll das noch kälter gehen?

@D4VE
Kommt eben drauf an, wie man den Nullpunkt definiert. Artikel lesen hilft ;)

Heizenberch schrieb:Kommt eben drauf an, wie man den Nullpunkt definiert. Artikel lesen hilft ;)

Ja, wirklich. Aber ich denke hier wird mal wieder Effekthascherei betrieben, wo keine ist. Typisch Sensationsjournalismus.

@Celladoor
Das mit der mehr als hundertprozentigen Effizienz kann ich mir auch nicht wirklich vorstellen. Aber naja ... Spektrum ist keine PM ... ich kenn mich leider mit dem Thema nicht wirklich aus. Schade.

Aber naja ... Spektrum ist kein PM ...

Naja. Spektrum ist wohl nicht mit PM zu vergleichen. Aber in diesem Fall begeben sich die Autoren vielleicht wirklich auf dessen Niveau.

@Celladoor

Celladoor schrieb:... Aber ich denke hier wird mal wieder Effekthascherei betrieben, wo keine ist. ...

Ganz genau so sieht's aus und die Temperatur ist ganz klar
in den SI-Einheiten definiert.
Wie wir alle im Physikunterricht gelernt haben, macht sich
die Temperatur durch die Bewegung der Atome bemerkbar.
Würden die Atome sich nicht mehr bewegen, gäbe es auch
keine Temperatur mehr (also 0° Kelvin).
Weniger als 'keine Bewegung' gibt's halt nicht.

Der Artikel ist wohl etwas unpassend formuliert.
Es steht ja, das die Teilchen immer eine höhere Temperatur haben als der absolute Nullpunkt und das es an der Defiition liegt!

Vielleicht ist dieser Artikel leichter verständlich! (geht um das gleiche)
http://www.mpg.de/6769805/negative_absolute_temperatur

Wenn bei diesen Prozessen auch der Carnot Wirkungsgrad gilt bekommt man dann natürlich Wirkungsgrade >100%!

http://www.mpg.de/6769805/negative_absolute_temperatur

Die Bedeutung einer negativen absoluten Temperatur lässt sich mit rollenden Kugeln in einer hügeligen Landschaft illustrieren, in der die Mulden für eine niedrige und die Erhebungen für eine hohe potenzielle Energie stehen.

Je schneller sich die Kugeln bewegen, desto höher ist zudem ihre kinetische Energie:

Geht man von positiven Temperaturen aus und erhöht die Gesamtenergie der Kugeln, erhitzt sie also, so verteilen sie sich in der Landschaft immer mehr auch auf Bereiche hoher Energie.
Könnte man sie sogar auf unendliche Temperatur erhitzen, so wären sie an jedem Ort in der Landschaft mit gleicher Wahrscheinlichkeit anzutreffen, unabhängig von von der potenziellen Energie.
Könnte man nun noch weiter Energie zuführen, die Kugeln also noch weiter aufheizen,
so würden sie sich vor allem bei Energiezuständen mit hoher Energie sammeln und wären
dann noch heißer als bei unendlicher Temperatur.
Die Boltzmann-Verteilung wäre dann umgekehrt, die Temperatur also negativ.
Dass eine negative absolute Temperatur heißer ist als eine positive, klingt zunächst seltsam.
Es ist aber einfach eine Folge aus der historischen Definition der absoluten Temperatur;
wäre sie anders definiert worden,
gäbe es diesen scheinbaren Widerspruch nicht.

?

@der-Ferengi

der-Ferengi schrieb:Ganz genau so sieht's aus und die Temperatur ist ganz klar
in den SI-Einheiten definiert.
Wie wir alle im Physikunterricht gelernt haben, macht sich
die Temperatur durch die Bewegung der Atome bemerkbar.
Würden die Atome sich nicht mehr bewegen, gäbe es auch
keine Temperatur mehr (also 0° Kelvin).
Weniger als 'keine Bewegung' gibt's halt nicht.

Das stimmt nicht ganz.

Quantenmechanisch gesehen kann es keinen absoluten Stillstand geben (heisenbergsche Unschärfe und so). Daher ist der absolute Nullpunkt das niedrigstmögliche Bewegungsniveau. Und da wird die Sache wohl schon etwas schwammiger...

@therealproton

Ich denke, die Bechreibung ziehlt auf die statistische Definition der Temperatur ab.

D.h. erwärme ich einen Stoff, so hat die Energie mehr Möglichkeiten sich auf die einzelnen Teilchen zu verteilen wobei niedrigere Energien eine höhere Wahrscheinlichkeit haben. Bei unendlicher Temperatur können sie sich dann auf alle Möglichkeiten verteilen. Ich habe somit eine gleichmäßige Verteilung.
Wird noch "weiter erwärmt" wird die Verteilung umgedreht. Es gibt mehr Teilchen mit hoher Energie als mit geinger.

Oder anders gesagt, die Entropie nimmt mit der Erwärmung zu. Bei negativen Temperaturen nimmt diese dann mit der Erwärmung wieder ab. Vorraussetzung ich habe eine obere Grenze der Energie der einzelnen Teilchen.

Das die Temperatur dann negativ wird liegt an der Definition, wie im Artikel ja geschrieben wird.

Soweit ich das verstanden habe.

@MareTranquil
Doch es stimmt, denn ich habe geschrieben (und das
wird gerne übersehen):"... Würden die Atome sich
nicht mehr bewegen ..."

MareTranquil schrieb:Quantenmechanisch gesehen kann es keinen absoluten Stillstand geben (heisenbergsche Unschärfe und so). Daher ist der absolute Nullpunkt das niedrigstmögliche Bewegungsniveau. Und da wird die Sache wohl schon etwas schwammiger...

Du widersprichst dir selbst :D Der absolute Nullpunkt ist nicht möglich. Daher ist es nicht das niedrigsmögliche Bewegungsniveau. Der Nullpunkt ist nur theoretischer Natur. Das heißt aber nicht, dass es prinzipiell keine negative Temperatur geben kann.

Nochmal, das es negative Kelvin Temperaturen gibt liegt an der Definition. Also an der Verteilung der Energie auf die einzelnen Teilchen.
Bei 0K gibt es keine Bewegung mehr (alles quantenmachinsche mal weggelassen) und kälter geht auch nicht.

@abc997
Genau.

@Celladoor

Coole Sache, hatte bisher noch nicht davon gehoert. Danke fuer den Artikel.
Ich seh schon dass das jetzt Tuer und Tor fuer Esoteriker oeffnet, die den Artikel nicht verstehen. (Nicht das ich ihn verstehen wuerde).

Wenn ich mir den Absatz im Paper ueber > 100% Effizienz komm ich nicht auf den Schluss, dass die Dinger jetzt moeglich sind sondern das die das nur nebenbei erwaehnt haben:

Because negative temperature systems can absorb entropy while releasing energy, they give rise to several counterintuitive effects, such as Carnot engines with an efficiency greater than unity (4). Through a stability analysis for thermodynamic equilibrium, we showed that negative temperature states of motional degrees of freedom necessarily possess negative pressure (9) and are thus of fundamental interest to the description of dark energy in cosmology, where negative pressure is required to account for the accelerating expansion of the universe (10).

Ich find den Spektrumartikel jetzt auch nicht so schlecht, ist vielleicht etwas uebertrieben was sie aus den Carnot engines rausgelesen haben aber sonst sieht der doch ganz i.O. aus. Sie schreiben ja auch, dass das nur eine andere Betrachtungsweise der Temparatur ist. Temparatur in dem Sinne existiert ja auch nur auf idealisierte Modellebene bzw. ist nur eine vereinfachte Beschreibung eines deutlich komplexeren Zustands. Und nochmal zum Abschluss:

Dabei sei das Gas aber nicht kälter als null Kelvin, erklärt der Physiker, sondern nur heißer: "Die Temperaturskala springt zu negativen Werten."