Apa itu Suhu Mutlak?

Suhu mutlak adalah suhu yang diukur dengan menggunakan skala yang dimulai dari nol, dengan nol itu sebagai suhu terdingin yang dapat dicapai secara teoritis di alam. Ada dua skala suhu absolut umum yang diturunkan dari skala Fahrenheit dan skala Celsius, atau Celcius. Yang pertama adalah skala Rankine, dan yang terakhir adalah skala Kelvin. Meskipun masih digunakan untuk tujuan biasa, baik skala Celsius maupun Fahrenheit, dengan nilai ujung bawahnya di bawah nol, kurang diinginkan untuk tujuan ilmiah komputasi. Nol derajat Rankine identik dengan nol derajat Celcius.

Sederhananya, suhu adalah indikator seberapa panas atau seberapa dingin suatu benda relatif terhadap benda lain. Karena suhu bervariasi menurut musim dan situasi, skala lengkap dengan gradasi menengah dikembangkan untuk memungkinkan perbandingan. Dua titik tetap diperlukan untuk membuat skala yang berguna — standar global yang tidak berubah-ubah. Pilihan logis yang menjadi dasar skala suhu standar adalah air, karena air melimpah, dapat diakses, berubah keadaan pada suhu tertentu dan dapat dengan mudah dimurnikan. Seperti disebutkan di atas, bagaimanapun, suhu berhubungan dengan panas, dan panas pada tingkat yang lebih mendasar berhubungan dengan pergerakan atom dan molekul.

Energi dapat diserap oleh atom dan molekul dalam berbagai cara, seperti melalui eksitasi elektron, transfer elektron dari tingkat orbital yang lebih rendah ke tingkat yang lebih tinggi. Namun, secara umum, energi diserap dan meningkatkan gerakan seluruh atom atau molekul. Energi itu — energi yang mengarah ke “kinesis,” atau gerakan — adalah energi kinetik. Ada persamaan yang mengikat energi kinetik dengan panas: E = 3/2 kT, di mana E adalah energi kinetik rata-rata suatu sistem, k adalah konstanta Boltzmann dan T adalah suhu absolut dalam derajat Kelvin. Perhatikan bahwa dalam perhitungan ini, jika suhu mutlak nol, persamaan menunjukkan tidak ada energi kinetik atau gerakan sama sekali.

Semacam energi sebenarnya masih ada pada suhu mutlak nol derajat, meskipun ini tidak ditunjukkan oleh persamaan fisika klasik di atas. Gerakan yang tersisa diprediksi oleh mekanika kuantum dan dikaitkan dengan jenis energi tertentu yang disebut “energi getaran titik nol”. Secara kuantitatif, energi ini dapat dihitung secara matematis dari persamaan untuk osilator harmonik kuantum dan dengan pengetahuan tentang Prinsip Ketidakpastian Heisenberg. Prinsip fisika itu menyatakan bahwa tidak mungkin untuk mengetahui posisi dan momentum partikel yang sangat kecil, oleh karena itu jika lokasinya diketahui, partikel tersebut harus mempertahankan komponen vibrasi yang sangat kecil.