Frage von mulano, 90

Maximale Hitze im Universum?

Wärme entsteht durch die Bewegung von Atomen, richtig? Je schneller sie sich bewegen desto wärmer. Da Atome sich aber nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen können muss es eine maximale Wärme geben (konträr dem absoluten Nullpunkt).

Wo liegt also die Grenze der maximalen Temperatur? Könnten Atome diese Hitze erzeugen oder würden sie sich schon davor auflösen? Bewegen sich die Atome bei 200°C doppelt so schnell wie bei 100°C?

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 60
Wärme entsteht durch die Bewegung von Atomen, richtig?

Das ist zumindest irreführend. Die Bewegung ist nicht Ursache dafür, dass es warm ist, sondern dass es warm ist, heißt, dass sich Atome in einem System bewegen, und zwar ungeordnet und gegeneinander. Eine eisgekühlte Cola ist nicht plötzlich heiß, weil sie in einem Flugzeug transportiert wird.

Temperatur ist dabei ein sogenanntes thermodynamisches Potential, d.h., es ist eine Größe mit Tendenz zum Ausgleich. Wird ein System S mit einem (viel größeren) Reservoir R in Kontakt gebracht, dass es Energie mit ihm austauschen kann, nimmt es dessen Temperatur an. So funzt auch ein Thermometer, wobei dieses dann S ist und so beschaffen ist, dass sich die Temperatur ablesen lässt.

Grob vereinfacht ist sie ein Maß für die mittlere kinetische Energie eines Teilchens in S.

Wärme ist wiederum etwas anderes als die Zustandsgröße Temperatur, nämlich Energie, die übertragen wird, also - wie Arbeit - eine Prozessgröße.

Da Atome sich aber nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen können, muss es eine maximale Wärme geben…

Temperatur, nicht Wärme. Nein jedenfalls nicht deswegen. Die Temperatur hängt nicht mit der Geschwindigkeit, sondern mit der kinetischen Energie zusammen (s.o.), und der sind keine Obergrenzen gesetzt. Im Prinzip zumindest. Bei extrem hohen Energiedichten kann es zu Paarerzeugungsprozessen kommen.

Atome gibt es bei diesen Temperaturen allerdings schon lange nicht mehr, allenfalls noch Atomkerne und Elektronen - mit ihren Antiteilchen. Wahrscheinlich sind bei so hohen Temperaturen aber nicht einmal Quarks und Gluonen aneinander gebunden.

Bewegen sich die Atome bei 200°C doppelt so schnell wie bei 100°C?

Nein. Weder besteht hier Proportionalität, noch ist 200°C überhaupt das Doppelte von 100°C.

Kommentar von mulano ,

Nein. Weder besteht hier Proportionalität, noch ist 200°C überhaupt das Doppelte von 100°C.

Gibt es da keine Formel? Beim Autofahren z.B. ist es so das sich der Luftwiderstand bei doppelter Geschwindigkeit vervierfacht, nur als Beispiel. Ist auch nicht proportional.

Atome gibt es bei diesen Temperaturen allerdings schon lange nicht mehr,
allenfalls noch Atomkerne und Elektronen - mit ihren Antiteilchen.
Wahrscheinlich sind bei so hohen Temperaturen aber nicht einmal Quarks
und Gluonen aneinander gebunden.

Bestehen Atome aus Quarks, diese sind doch die uns bekannten kleinsten Teilchen?

Kommentar von dompfeifer ,

Der Körper mit 100 °C hat die absolute Temperatur von 373 Kelvin, der Körper mit 200 °C von 473 Kelvin. Bei letzterem ist also physikalisch die Temperatur um 26,8 % höher als beim ersteren.

Quarks sind im Standardmodell der Teilchenphysik die elementaren Elementarteilchen), aus denen Hadronen (z. B. die Atomkern-Bausteine Protonen und Neutronen) bestehen.

Antwort
von Mojoi, 47

Die effizienteste Energieumwandlung in Wärme geschieht im Akkretionsbereich um ein Schwarzes Loch, und zwar fast genau in den Polbereichen ober und unterhalb eines Schwarzen Loches, dort entstehen auch durch enorme magnetische Kräfte die Jets.

Und das hier ist der Kandidat für den kräftigsten Griller im beobachtbarem Universum:

https://www.welt.de/wissenschaft/weltraum/article151589258/Das-ist-die-heisseste...

Antwort
von Reggid, 43

Wärme entsteht durch die Bewegung von Atomen, richtig? Je schneller sie sich bewegen desto wärmer.

im einfachsten fall, den man in der schule behandelt, ja.

aber die eigentliche definition ist abstrakter und sehr viel allgemeiner.

allerdings ist das hier:

Da Atome sich aber nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen können muss es eine maximale Wärme geben

sogar schon in diesem einfachen bild falsch. denn die relevante größe die du hier betrachten musst ist nicht die geschwindigkeit der atome (welche durch die lichtgeschwindigkeit nach oben begrenzt ist), sondern deren kinetische energie, und die ist nicht begrenzt und kann beliebig groß werden.

wie aber oben schon erwähnt gibt es eine sehr viel allgemeinere definition von temperatur, und daraus ist ersichtlich dass diese auch unendlich groß werden kann. allerdings gibt es erstaunlicher weise auch noch etwas, das noch heißer ist als das (in dem sinne das wärme immer vom wärmeren zum kälteren körper fließt), nämlich negative temperaturen (nicht auf der celsius skala, sondern absolut).


PS: ach ja, und weil bei fragen dieser art so sicher wie das amen im gebet irgendjemand mit der planck-temperatur kommt: nein, die hat damit überhaupt nichts zu tun und stellt in keiner weise eine höchsttemperatur im universum dar.

 

Kommentar von mulano ,

Kinetische Energie ist Bewegungsenergie wie kann die beliebig groß sein, müsste sie nicht durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt werden?

Was sind negative Temperaturen?

Kommentar von Reggid ,

die kinetische energie eines freien teilchens mit masse m und geschwindigkeit v ist

Ekin=(g-1)mc², wobei g=1/Wurzel[1-v²/c²]

hier sind alle werte von 0 (für v-->0) und unendlich (für v-->c) möglich

Kommentar von Reggid ,

negative temperaturen sind nur in systemen, bei denen die die maximale energie eines einzelnen freiheitsgrades beschränkt ist, möglich. wenn dann dann die höheren energieniveaus häufiger besetzt sind als die niedrigeren, dann wird die temperatur negativ.

aber wie gesagt: die definition von temperatur ist nicht einfach: bewegungsenergie von teilchen, sondern vielmehr über den zusammenhang von energie und entropie eines systems.

Kommentar von Accountowner08 ,

Wieso negativ? der absolute nullpunkt ist doch, wenn sich nichts mehr bewegt, dachte ich...

Kommentar von mulano ,

Dachte ich auch...

Kommentar von SlowPhil ,

Negative absolute Temperaturen sind übrigens höher als positive, sozusagen mehr als unendlich (s. Kittell, Kroemer: Thermodynamik), denn bei ihnen sind ausgerechnet die oberen Energieniveaus stärker besetzt.

Antwort
von Weltraumdackel, 20

Bewegen sich die Atome bei 200°C doppelt so schnell wie bei 100°C?

Mit ein wenig nachdenken könnte man sich die Frage selbst beantworten. Die Einheit Celsius ist nur eine Skala die wir in Europa nutzen. Mit der Einheit Fahrenheit z.B. haut's schon nicht mehr hin mit dem doppelten Wert.

Antwort
von grtgrt, 35

Du vergisst, dass nicht nur die Geschwindigkeit der Gas- oder Plasma-Teilchen eine Rolle spielt, sondern auch ihre Dichte (d.h. ihre Anzahl pro Volumeneinheit).

Letztere aber kann beliebig groß werden.

Kommentar von mulano ,

Wie soll die Dichte beliebig groß werden? Der Platz ist doch begrenzt?

Kommentar von Mojoi ,

In/an einem Schwarzen Loch ist die Dichte theoretisch unendlich groß.

Kommentar von grtgrt ,

Es gibt jedenfalls keine maximale Dichte.

Denk z.B. an die Inflationstheorie. Sie sagt, dass sich die Dichte unseres Universums während eines Zeitraums von 10 hoch -30 sec um etwa den Faktor 10 hoch 50 verringert hat.

http://greiterweb.de/zfo/Urknall.htm#msgnr0-177

Kommentar von mulano ,

Aber wenn ein Atom auf zu engem Raum wäre müsste es zerdrückt werden. Es gibt vllt keine maximale Dichte, aber eine maximale Dichte worin Atome noch bestehen können müsste es geben...

Kommentar von grtgrt ,

Bei hinreichend hoher Dichte lösen sich Atome tatsächlich auf. Man hat dann nur noch ein Plasma aus Elementarteilchen oder vielleicht sogar noch kleineren Paketen von Feldanregungen.

Antwort
von AlphaJet, 4

Befülle mal eiene Parabel mit Wasser. Da hast du dein Ergebnis :D

Keine passende Antwort gefunden?

Fragen Sie die Community