Todo el mundo debería entender que cuando la temperatura alcanza los 1,2 grados centígrados, los métodos habituales de medición de la temperatura se vuelven ineficaces. Además, un único método de medición no puede garantizar la precisión, por lo que se necesitan muchos métodos técnicos nuevos para medir la temperatura del plasma. Antes de eso, necesitamos saber cuál es la temperatura.
Desde una perspectiva macro, la temperatura es una manifestación del calor y el frío de las sustancias que reaccionan. Por ejemplo, cuando la temperatura es baja, sentimos frío, y cuando la temperatura es alta, sentimos calor, pero esto es unilateral. Para comprender la naturaleza de la temperatura, debemos comenzar con partículas microscópicas.
Con el desarrollo de la física moderna, observar partículas microscópicas ya no está fuera de nuestro alcance. El 3 de junio de 2020, "Nature" publicó un artículo en el que afirmaba que los científicos observaron con éxito átomos individuales mediante microscopía crioelectrónica. Se trata de una iniciativa revolucionaria que proporciona nuevos medios técnicos para la observación de partículas microscópicas.
A nivel de partículas microscópicas, los físicos han descubierto que toda la materia está compuesta de pequeñas partículas, y estas pequeñas partículas se mueven constantemente de forma irregular. Cuanto más rápido se mueven las partículas microscópicas, mayor es la temperatura. Por el contrario, cuanto más lento se mueven las partículas, más frío se vuelve el objeto.
Por supuesto, esto se refiere a la velocidad promedio de todas las moléculas de un objeto, no a la velocidad específica de una sola partícula.
Dicho todo esto, creo que todo el mundo debería entender que puede haber altas temperaturas de decenas de miles de millones de grados en el universo, siempre que las partículas de la materia se muevan más rápido. Y la temperatura no se puede bajar indefinidamente. La temperatura más baja es el cero absoluto cuando las partículas dejan de moverse, generalmente -273,8+05 ℃.
Conociendo la definición de temperatura, podemos medirla.
Después de calentar la mayoría de los objetos, la velocidad de movimiento aleatorio de las partículas se acelerará y el espacio para el movimiento de las partículas se hará más grande, por lo que aparece el fenómeno de "expansión y contracción térmica" en física. A partir de este fenómeno podemos fabricar herramientas para medir la temperatura.
El termómetro de mercurio es un representante típico, pero este método también tiene limitaciones. Mercurio no puede seguir expandiéndose, ¿verdad? Incluso si pudiera expandirse, los instrumentos que transportan mercurio no podrían soportar temperaturas de varios miles de grados. Además, cuanto mayor sea la temperatura a medir, más larga será la escala, por lo que el termómetro de mercurio sólo puede medir temperaturas en torno a 100.
Los cambios en la temperatura de un objeto no sólo provocarán expansión y contracción térmica, sino también otros fenómenos. Por ejemplo, los objetos calientes pueden producir diferentes rayos infrarrojos. Este es el principio de nuestra pistola medidora de temperatura actual.
Por supuesto, este método infrarrojo no es adecuado para forjar acero porque hay demasiados factores de interferencia. Entonces hay otra forma de medir la temperatura: un termopar. El principio específico es que cuando un objeto se calienta, algunos de sus electrones ganarán suficiente energía y luego correrán hacia el "extremo frío" (el otro extremo es el extremo calentado).
El número de electrones que escapan de diferentes metales es diferente, y el número de electrones distribuidos en el extremo frío también es diferente. En este momento, midiendo el voltaje en ambos lados del extremo frío, se puede obtener la temperatura del extremo calentador. Este método se utiliza generalmente para la medición de temperatura industrial y puede medir temperaturas más altas, pero tiene limitaciones. En algunos casos se pueden medir temperaturas de hasta 1.000 grados centígrados.
Pero esto está lejos del umbral de 65.438+0,2 mil millones de mediciones de alta temperatura. Si quieres medir esta alta temperatura, sólo puedes encontrar otra manera.
Obviamente no es realista medir directamente 65.438+02 mil millones de objetos de alta temperatura. Se debe confiar en la teoría de la temperatura más primitiva para medir la temperatura. La velocidad a la que se mueven las partículas de una sustancia se refleja directamente en la temperatura de la sustancia.
El objeto que emite calor en el sol artificial es el plasma, concretamente electrones e iones. En pocas palabras, medir la temperatura de un plasma es medir la velocidad de los electrones y los iones. Lo que queremos construir no es un termómetro, sino un velocímetro de partículas.
Aquí tienes un velocímetro de partículas microscópicas que todo el mundo puede entender. Su principio es el mismo que el velocímetro utilizado por la policía de tránsito, que se basa en el efecto Doppler para medir.
En este método, se dispara un rayo láser al plasma, donde el láser interactúa con electrones en movimiento, lo que provoca la dispersión de la luz láser. Al recibir la luz láser dispersada y compararla con la luz láser incidente, se puede determinar la frecuencia afectada por la velocidad del electrón y luego calcular la velocidad del electrón y la temperatura del material.
Por supuesto, la temperatura medida por el efecto Doppler no es necesariamente precisa y se necesitan muchos otros métodos de medición de temperatura para sacar conclusiones.
Esto se debe al rigor científico y es uno de los métodos más eficaces.
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