La temperatura más baja registrada en la Tierra

La temperatura natural más baja jamás registrada directamente a nivel del suelo en la Tierra es de -89,2 °C (-128,6 °F; 184,0 K) en la entonces estación soviética Vostok en la Antártida el 21 de julio de 1983 mediante mediciones terrestres.

El 10 de agosto de 2010, las observaciones satelitales mostraron una temperatura superficial de −93,2 °C (−135,8 °F; 180,0 K) a 81° 48'S 59°18'E / 81,8°S 59,3°E / -81,8; 59,3, a lo largo de una cresta entre Dome Argus y Dome Fuji, a 3900 m (12 800 pies) de altura. El resultado se informó en la 46ª reunión anual de la Unión Geofísica Americana en San Francisco en diciembre de 2013; es una cifra provisional, y puede estar sujeta a revisión. El valor no figura como la temperatura más baja récord, ya que se midió mediante sensores remotos desde un satélite y no con termómetros terrestres, a diferencia del récord de 1983. La temperatura anunciada refleja la de la superficie del hielo, mientras que las lecturas de Vostok midieron el aire sobre el hielo, por lo que las dos no son directamente comparables. Trabajos más recientes muestran muchos lugares en la Antártida alta donde las temperaturas de la superficie descienden a aproximadamente -98 °C (-144 °F; 175 K). Debido al fuerte gradiente de temperatura cerca de la superficie, esto implica un mínimo de temperatura del aire cerca de la superficie de aproximadamente −94 °C (−137 °F; 179 K).

Progresión histórica

El 21 de enero de 1838, un comerciante ruso llamado Neverov registró una temperatura de -60 °C (-76 °F; 213 K) en Yakutsk. El 15 de enero de 1885, H. Wild informó que se midió una temperatura de -68 °C (-90 °F; 205 K) en Verkhoyansk. Una medición posterior en el mismo lugar en febrero de 1892 se informó como −69,8 °C (−93,6 °F; 203,3 K). Los investigadores soviéticos anunciaron más tarde un registro de -67,7 °C (-89,9 °F; 205,5 K) en febrero de 1933 en Oymyakon, a unos 650 km (400 mi) al sureste de Verkhoyansk; esta medida fue informada por textos soviéticos durante la década de 1940 como un mínimo histórico, con la medida anterior de Verkhoyansk ajustada retroactivamente a -67,6 °C (-89,7 °F; 205,6 K).

La siguiente medición fiable se realizó durante la temporada de 1957 en la estación Amundsen-Scott del Polo Sur en la Antártida, y arrojó −73,6 °C (−100,5 °F; 199,6 K) el 11 de mayo y −74,5 °C (−102,1 ° F; 198,7 K) el 17 de septiembre. El siguiente récord mundial de temperatura baja fue una lectura de -88,3 °C (-126,9 °F; 184,8 K), medida en la estación soviética Vostok en 1968, en la meseta antártica. Vostok volvió a batir su propio récord con una lectura de −89,2 °C (−128,6 °F; 184,0 K) el 21 de julio de 1983. Este sigue siendo el récord de una temperatura registrada directamente.

Enfriamiento de laboratorio

Primeros experimentos

En 1904, la científica holandesa Heike Kamerlingh Onnes creó un laboratorio especial en Leiden, Países Bajos, con el objetivo de producir helio líquido. En 1908 consiguió bajar la temperatura a menos de -269 °C (-452,2 F, 4 K), cuatro grados por encima del cero absoluto. Solo en este estado excepcionalmente frío se licuará el helio, siendo el punto de ebullición del helio de -268,94 °C (-452,092 F). Kamerlingh Onnes recibió un Premio Nobel por su logro.

Onnes' El método se basó en despresurizar los gases en cuestión, haciendo que se enfríen por enfriamiento adiabático. Esto se sigue de la primera ley de la termodinámica;

Δ Δ U=Δ Δ Q− − Δ Δ W{displaystyle Delta U=Delta Q-Delta W}

donde U = energía interna, Q = calor añadido al sistema, W = trabajo realizado por el sistema.

Considere un gas en una caja de volumen fijo. Si la presión en la caja es más alta que la presión atmosférica, al abrir la caja nuestro gas trabajará en la atmósfera circundante para expandirse. Como esta expansión es adiabática y el gas ha realizado trabajo

Δ Δ Q=0{displaystyle Delta Q=0}

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Ahora que la energía interna ha disminuido, también lo ha hecho la temperatura.

Experimentos modernos

En noviembre de 2000, se informaron temperaturas de espín nuclear por debajo de 100 pK para un experimento en el Laboratorio de Baja Temperatura de la Universidad Tecnológica de Helsinki. Sin embargo, esta era la temperatura de un tipo particular de movimiento, una propiedad cuántica llamada espín nuclear, no la temperatura termodinámica promedio general para todos los grados de libertad posibles. A temperaturas tan bajas, el concepto de "temperatura" se vuelve multifacético ya que no se puede suponer que el movimiento molecular promedie los grados de libertad. El pico de emisión correspondiente será en ondas de radio, en lugar de en el familiar infrarrojo, por lo que los átomos vecinos lo absorben de manera muy ineficiente, lo que dificulta alcanzar el equilibrio térmico.

El Laboratorio de Baja Temperatura registró una temperatura mínima récord de 100 pK, o 1,0 × 10⁻¹⁰ K en 1999.

El aparato actual para conseguir bajas temperaturas tiene dos etapas. La primera utiliza un refrigerador de dilución de helio para alcanzar temperaturas de milikelvin, luego la siguiente etapa usa desmagnetización nuclear adiabática para alcanzar picokelvin.

Las temperaturas extremadamente bajas son útiles para la observación de las fases mecánicas cuánticas de la materia, como los superfluidos y los condensados de Bose-Einstein, que se verían interrumpidos por el movimiento térmico.