A temperatura mais baixa já registada na Terra diretamente por termômetros posicionados no solo foi de −89,2 °C em 21 de julho de 1983 na Estação Vostok, uma base científica na Antártida considerada o polo do frio. Sob outros métodos menos confiáveis, temperaturas mais baixas foram registradas em outras partes do continente, como −93,2 °C em 10 de agosto de 2010 (por satélites de sensoriamento remoto) e −95 °C segundo uma estimativa de 2009.
Em 21 de janeiro de 1838, um registro foi feito pelo comerciante russo Neverov em Yakutsk, de -60 °C (-76 °F; 213 K). Em 15 de janeiro de 1885, H. Wild informou que uma temperatura de -68 °C (-90 °F; 205 K) foi observada em Verkhoyansk. Uma medição posterior no mesmo local em fevereiro de 1892 foi relatada como -69,8°C (-93,6°F; 203,3 K). Pesquisadores soviéticos anunciaram mais tarde um registro de -67,7 °C (-89,9 °F; 205,5 K) em fevereiro de 1933 em Oymyakon, cerca de 650 km (400 milhas) a sudeste de Verkhoyansk; essa medição foi relatada por textos soviéticos durante a década de 1940 como um recorde de baixa, com a medição anterior de Verkhoyansk ajustada retroativamente para -67,6 °C (-89,7 °F; 205,6 K).
A próxima medição confiável foi feita durante a temporada de 1957 na Estação Pólo Sul Amundsen-Scott na Antártida, produzindo -73,6 °C (-100,5 °F; 199,6 K) em 11 de maio e -74,5 °C (-102,1 ° F; 198,7 K) em 17 de setembro. O próximo recorde mundial de baixa temperatura foi uma leitura de -88,3°C (-126,9°F; 184,8 K), medida na Estação Vostok soviética em 1968, no Planalto Antártico. Vostok novamente quebrou seu próprio recorde com uma leitura de -89,2 °C (-128,6 ° F; 184,0 K) em 21 de julho de 1983. Este permanece o recorde para uma temperatura registrada diretamente.
Em 1904, o cientista holandês Heike Kamerlingh Onnes criou um laboratório especial em Leiden, na Holanda, com o objetivo de produzir hélio líquido. Em 1908, ele conseguiu baixar a temperatura para menos de −269 °C (−452,20 °F; 4,15 K), o que corresponde a quatro graus acima do zero absoluto. Somente nesse estado excepcionalmente frio o hélio se liquefaz; o ponto de ebulição do hélio sendo −268,94 °C (−452,09 °F; 4,21 K). Kamerlingh Onnes recebeu o Prêmio Nobel de Física por sua conquista.
O método de Kamerlingh Onnes baseava-se na despressurização dos gases sujeitos ao experimento, fazendo com que eles esfriassem por resfriamento adiabático. Isso decorre da primeira lei da termodinâmica;
{\displaystyle \Delta U=\Delta Q-\Delta W}
onde U = energia interna, Q = calor adicionado ao sistema, W = trabalho realizado pelo sistema.
Considere um gás em uma caixa de volume fixo. Se a pressão na caixa for maior que a pressão atmosférica, ao abri-la, o gás realizará trabalho sobre a atmosfera circundante para se expandir. Como essa expansão é adiabática e o gás realizou trabalho
{\displaystyle \Rightarrow \Delta U<0.}
Agora, como a energia interna diminuiu, a temperatura também diminuiu.
Em novembro de 2000, foram relatadas temperaturas de spin nuclear abaixo de 100 pK para um experimento no Laboratório de Baixas Temperaturas da Universidade de Tecnologia de Helsinki. No entanto, essa era a temperatura de um tipo específico de movimento – uma propriedade quântica chamada spin nuclear – e não a temperatura termodinâmica média geral para todos os graus de liberdade possíveis. Em temperaturas tão baixas, o conceito de "temperatura" torna-se multifacetado, pois não se pode assumir que o movimento molecular se distribua uniformemente entre os graus de liberdade. A emissão máxima correspondente estará em ondas de rádio, em vez de no infravermelho familiar, portanto é absorvida de forma muito ineficiente pelos átomos vizinhos, tornando difícil atingir o equilíbrio térmico.
O Laboratório de Baixas Temperaturas registrou uma temperatura recorde de 100 pK, ou 1,0 × 10−10 K em 1999.
O aparato atual para atingir baixas temperaturas tem dois estágios. O primeiro usa um refrigerador de diluição de hélio para atingir temperaturas da ordem de milikelvins, e o próximo estágio usa desmagnetização nuclear adiabática para atingir picokelvins.
Temperaturas extremamente baixas são úteis para a observação de fases da matéria mecânica quântica, como superfluidos e condensados de Bose-Einstein, que seriam perturbados por movimentos térmicos.
Temperatura mais alta registada na Terra
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