Procesy termiczne w przyrodzie są badane przez termodynamikę. Opisuje wszystkie zachodzące przemiany energetyczne za pomocą takich parametrów jak objętość, ciśnienie, temperatura, pomijając strukturę molekularną substancji i obiektów oraz czynnik czasu. Nauka ta opiera się na trzech podstawowych prawach. Ostatni z nich ma kilka sformułowań. Najczęściej stosowanym we współczesnym świecie jest ten, który otrzymał nazwę „postulat Plancka”. Prawo to nosi imię naukowca, który je wydedukował i sformułował. To Max Planck, błyskotliwy przedstawiciel niemieckiego świata naukowego, fizyk teoretyczny ubiegłego wieku.
Pierwszy i drugi początek
Przed sformułowaniem postulatu Plancka zapoznajmy się najpierw pokrótce z dwoma innymi prawami termodynamiki. Pierwsza z nich zapewnia całkowitą ochronę energii we wszystkich systemach odizolowanych od świata zewnętrznego. Jej konsekwencją jest zaprzeczenie możliwości wykonywania pracy bez zewnętrznego źródła, a co za tym idzie stworzenie perpetuum mobile,który działałby w podobny sposób (tj. VD pierwszego rodzaju).
Drugie prawo mówi, że wszystkie układy dążą do równowagi termodynamicznej, podczas gdy ogrzane ciała przekazują ciepło zimniejszym, ale nie odwrotnie. A po wyrównaniu się temperatur między tymi obiektami wszystkie procesy termiczne ustają.
postulat Plancka
Wszystko to dotyczy zjawisk elektrycznych, magnetycznych, chemicznych, a także procesów zachodzących w przestrzeni kosmicznej. Dzisiaj szczególne znaczenie mają prawa termodynamiczne. Już teraz naukowcy intensywnie pracują w ważnym kierunku. Korzystając z tej wiedzy, szukają nowych źródeł energii.
Trzecie stwierdzenie dotyczy zachowania ciał fizycznych w ekstremalnie niskich temperaturach. Podobnie jak dwa pierwsze prawa, daje wiedzę o podstawach wszechświata.
Sformułowanie postulatu Plancka jest następujące:
Entropia prawidłowo uformowanego kryształu czystej substancji w temperaturze zera absolutnego wynosi zero.
To stanowisko zostało przedstawione światu przez autora w 1911 roku. A w tamtych czasach wywołał wiele kontrowersji. Jednak kolejne osiągnięcia nauki, a także praktyczne zastosowanie przepisów termodynamiki i obliczeń matematycznych dowiodły jej prawdziwości.
Temperatura absolutna zero
Teraz wyjaśnijmy bardziej szczegółowo, co oznacza trzecia zasada termodynamiki, oparta na postulacie Plancka. I zacznijmy od tak ważnego pojęcia, jak zero bezwzględne. Jest to najniższa temperatura, jaką mogą mieć tylko ciała świata fizycznego. Poniżej tej granicy, zgodnie z prawami natury, nie może spaść.
W stopniach Celsjusza ta wartość wynosi -273,15 stopnia. Ale w skali Kelvina ten znak jest uważany za punkt wyjścia. Udowodniono, że w takim stanie energia cząsteczek dowolnej substancji wynosi zero. Ich ruch zostaje całkowicie zatrzymany. W sieci krystalicznej atomy zajmują wyraźną, niezmienną pozycję w jej węzłach, bez możliwości nawet nieznacznych wahań.
Oczywiste jest, że wszystkie zjawiska termiczne w systemie również zatrzymują się w określonych warunkach. Postulat Plancka dotyczy stanu regularnego kryształu w temperaturze absolutnej zero.
Miara zaburzenia
Możemy poznać energię wewnętrzną, objętość i ciśnienie różnych substancji. Oznacza to, że mamy wszelkie szanse na opisanie makrostanu tego systemu. Ale to nie znaczy, że można powiedzieć coś konkretnego o mikrostanie jakiejś substancji. Aby to zrobić, musisz wiedzieć wszystko o prędkości i położeniu w przestrzeni każdej z cząstek materii. A ich liczba jest imponująco ogromna. Jednocześnie w normalnych warunkach cząsteczki są w ciągłym ruchu, nieustannie zderzają się ze sobą i rozpraszają w różnych kierunkach, zmieniając kierunek w każdym ułamku chwili. A ich zachowanie jest zdominowane przez chaos.
Aby określić stopień nieporządku w fizyce, wprowadzono specjalną wielkość zwaną entropią. Charakteryzuje stopień nieprzewidywalności systemu.
Entropia (S) to funkcja stanu termodynamicznego, która służy jako miarazaburzenie (zaburzenie) systemu. Możliwość procesów endotermicznych wynika ze zmiany entropii, ponieważ w układach izolowanych entropia procesu spontanicznego wzrasta ΔS >0 (druga zasada termodynamiki).
Doskonale skonstruowane ciało
Stopień niepewności jest szczególnie wysoki w przypadku gazów. Jak wiadomo nie mają kształtu i objętości. Jednocześnie mogą się rozwijać w nieskończoność. Cząsteczki gazu są najbardziej mobilne, dlatego ich prędkość i lokalizacja są najbardziej nieprzewidywalne.
Sztywny korpus to zupełnie inna sprawa. W strukturze krystalicznej każda z cząstek zajmuje określone miejsce, wywołując tylko pewne wibracje z określonego punktu. Tutaj nie jest trudno, znając położenie jednego atomu, określić parametry wszystkich pozostałych. Przy zera absolutnym obraz staje się całkowicie oczywisty. Tak mówi trzecia zasada termodynamiki i postulat Plancka.
Jeżeli takie ciało zostanie uniesione nad ziemią, trajektoria ruchu każdej z cząsteczek układu będzie pokrywać się z wszystkimi innymi, co więcej, będzie to z góry i łatwo określone. Kiedy uwolnione ciało upadnie, wskaźniki natychmiast się zmienią. Po uderzeniu w ziemię cząstki nabiorą energii kinetycznej. Daje impuls ruchowi termicznemu. Oznacza to, że temperatura wzrośnie, która nie będzie już równa zero. I natychmiast pojawi się entropia, jako miara nieporządku chaotycznie działającego systemu.
Funkcje
Każda niekontrolowana interakcja powoduje wzrost entropii. W normalnych warunkach może pozostać stały lub wzrastać, ale nie maleć. W termodynamice okazuje się to konsekwencją jej drugiej zasady, o której już wspominałem.
Standardowe entropie molowe są czasami nazywane entropiami absolutnymi. Nie są to zmiany entropii towarzyszące powstawaniu związku z jego wolnych pierwiastków. Należy również zauważyć, że standardowe entropie molowe pierwiastków swobodnych (w postaci prostych substancji) nie są równe zeru.
Wraz z pojawieniem się postulatu Plancka, entropia absolutna ma szansę zostać określona. Jednak konsekwencją tego przepisu jest również to, że w przyrodzie nie jest możliwe osiągnięcie temperatury zerowej według Kelvina, a jedynie zbliżenie się do niej jak najbliżej.
Teoretycznie Michaił Łomonosow zdołał przewidzieć istnienie minimum temperatury. On sam praktycznie osiągnął zamrożenie rtęci do -65 ° Celsjusza. Dziś za pomocą chłodzenia laserowego cząsteczki substancji są doprowadzane niemal do stanu zera absolutnego. Dokładniej, do 10-9 stopni w skali Kelvina. Jednak chociaż ta wartość jest nieistotna, nadal nie jest równa 0.
Znaczenie
Powyższy postulat, sformułowany na początku ubiegłego wieku przez Plancka, a także późniejsze prace w tym kierunku autora, dały ogromny impet rozwojowi fizyki teoretycznej, powodując znaczny wzrost jejpostęp w wielu dziedzinach. Pojawiła się nawet nowa nauka - mechanika kwantowa.
W oparciu o teorię Plancka i postulaty Bohra, po pewnym czasie, a dokładniej w 1916, Albert Einstein był w stanie opisać mikroskopijne procesy zachodzące, gdy atomy poruszają się w substancjach. Wszystkie osiągnięcia tych naukowców zostały później potwierdzone przez stworzenie laserów, generatorów i wzmacniaczy kwantowych, a także innych nowoczesnych urządzeń.
Max Planck
Ten naukowiec urodził się w kwietniu 1858 roku. Planck urodził się w niemieckim mieście Kilonii w rodzinie słynnych wojskowych, naukowców, prawników i przywódców kościelnych. Nawet w gimnazjum wykazywał niezwykłe zdolności w matematyce i innych naukach. Oprócz dyscyplin ścisłych studiował muzykę, gdzie również pokazał swoje spore talenty.
Kiedy wstąpił na uniwersytet, zdecydował się studiować fizykę teoretyczną. Następnie pracował w Monachium. Tutaj zaczął studiować termodynamikę, prezentując swoją pracę światu naukowemu. W 1887 Planck kontynuował swoją działalność w Berlinie. Okres ten obejmuje tak genialne osiągnięcie naukowe, jak hipoteza kwantowa, której głęboki sens ludzie mogli zrozumieć dopiero później. Teoria ta została powszechnie uznana i zainteresowana naukowo dopiero na początku XX wieku. Ale to dzięki niej Planck zyskał szeroką popularność i gloryfikował swoje imię.
