Luonnon lämpöprosesseja tutkii termodynamiikan tiede. Se kuvaa kaikkia käynnissä olevia energiamuutoksia käyttämällä sellaisia parametreja kuin tilavuus, paine, lämpötila, jättäen huomioimatta aineiden ja esineiden molekyylirakenteen sekä aikatekijän. Tämä tiede perustuu kolmeen peruslakiin. Viimeisellä niistä on useita formulaatioita. Yleisimmin käytetty nykymaailmassa on se, joka sai nimen "Planckin postulaatti". Tämä laki on nimetty tiedemiehen mukaan, joka päätteli ja muotoili sen. Tämä on Max Planck, saksalaisen tiedemaailman kirkas edustaja, viime vuosisadan teoreettinen fyysikko.
Ensimmäinen ja toinen alku
Ennen kuin muotoilet Planckin postulaatin, tutustutaan ensin lyhyesti kahteen muuhun termodynamiikan lakiin. Ensimmäinen niistä väittää energian täydellisen säilymisen kaikissa ulkomaailmasta eristetyissä järjestelmissä. Sen seurauksena evätään mahdollisuus tehdä työtä ilman ulkopuolista lähdettä, ja näin ollen ikuisen liikkeen luominen,joka toimisi samalla tavalla (eli ensimmäisen tyyppinen VD).
Toinen laki sanoo, että kaikilla järjestelmillä on taipumus termodynaamiseen tasapainoon, kun taas kuumennetut kappaleet siirtävät lämpöä kylmempiin, mutta eivät päinvastoin. Ja kun lämpötilat tasaantuivat näiden kohteiden välillä, kaikki lämpöprosessit pysähtyvät.
Planckin postulaatti
Kaikki yllä oleva koskee sähköisiä, magneettisia, kemiallisia ilmiöitä sekä ulkoavaruudessa tapahtuvia prosesseja. Nykyään termodynaamiset lait ovat erityisen tärkeitä. Tiedemiehet työskentelevät jo nyt intensiivisesti tärkeän suunnan eteen. Tämän tiedon avulla he yrittävät löytää uusia energianlähteitä.
Kolmas väite koskee fyysisten kappaleiden käyttäytymistä erittäin matalissa lämpötiloissa. Kuten kaksi ensimmäistä lakia, se antaa tietoa maailmankaikkeuden perustasta.
Planckin postulaatin muotoilu on seuraava:
Oikein muodostuneen puhtaan aineen kiteen entropia absoluuttisessa nollalämpötiloissa on nolla.
Kirjoittaja esitteli tämän kannan maailmalle vuonna 1911. Ja niinä päivinä aiheutti paljon keskustelua. Myöhemmät tieteen saavutukset sekä termodynamiikan ja matemaattisten laskelmien käytännön soveltaminen osoittautuivat kuitenkin todeksi.
Absoluuttinen lämpötila nolla
Selvitetään nyt tarkemmin, mitä tarkoittaa termodynamiikan kolmas pääsääntö, joka perustuu Planckin oletukseen. Ja aloitetaan niin tärkeästä käsitteestä kuin absoluuttinen nolla. Tämä on alin lämpötila, joka fyysisen maailman kappaleilla voi olla. Tämän rajan alapuolelle se ei luonnonlakien mukaan voi pudota.
Celsiusasteessa tämä arvo on -273,15 astetta. Mutta Kelvin-asteikolla tätä merkkiä pidetään vain lähtökohtana. On todistettu, että tällaisessa tilassa minkä tahansa aineen molekyylien energia on nolla. Niiden liike pysähtyy kokonaan. Kidehilassa atomit ovat selkeässä, muuttumattomassa paikassa sen solmuissa ilman, että ne voivat vaihdella edes vähän.
On sanomattakin selvää, että kaikki järjestelmän lämpöilmiöt myös pysähtyvät tietyissä olosuhteissa. Planckin postulaatti koskee säännöllisen kiteen tilaa absoluuttisessa lämpötilassa nolla.
häiriön mitta
Voimme tietää eri aineiden sisäisen energian, tilavuuden ja paineen. Eli meillä on kaikki mahdollisuudet kuvata tämän järjestelmän makrotilaa. Mutta tämä ei tarkoita, että jonkin aineen mikrotilasta voidaan sanoa jotain varmaa. Tätä varten sinun on tiedettävä kaikki kunkin ainehiukkasen nopeudesta ja sijainnista avaruudessa. Ja niiden määrä on hämmästyttävän suuri. Samaan aikaan normaaleissa olosuhteissa molekyylit ovat jatkuvassa liikkeessä, törmäävät jatkuvasti toisiinsa ja siroavat eri suuntiin vaihtaen suuntaa hetken murto-osan välein. Ja heidän käyttäytymistään hallitsee kaaos.
Fysiikan häiriöasteen määrittämiseksi on otettu käyttöön erityinen suure, jota kutsutaan entropiaksi. Se kuvaa järjestelmän arvaamattomuuden astetta.
Entropia (S) on termodynaaminen tilafunktio, joka toimii mittanajärjestelmän häiriö (häiriö). Endotermisten prosessien mahdollisuus johtuu entropian muutoksesta, koska eristetyissä järjestelmissä spontaanin prosessin entropia kasvaa ΔS >0 (termodynamiikan toinen pääsääntö).
Täydellisen jäsennelty runko
Epävarmuusaste on erityisen korkea kaasuissa. Kuten tiedät, niillä ei ole muotoa ja tilavuutta. Samalla ne voivat laajentua loputtomasti. Kaasupartikkelit ovat liikkuvimpia, joten niiden nopeus ja sijainti on arvaamattomin.
Jäykät rungot ovat aivan toinen asia. Kiderakenteessa jokainen hiukkasista on tietyssä paikassa ja aiheuttaa vain joitain värähtelyjä tietystä pisteestä. Tässä ei ole vaikeaa, kun tietää yhden atomin sijainnin, määrittää kaikkien muiden parametrit. Absoluuttisella nollalla kuva tulee täysin selväksi. Näin sanoo termodynamiikan kolmas pääsääntö ja Planckin postulaatti.
Jos tällainen kappale nostetaan maanpinnan yläpuolelle, järjestelmän kunkin molekyylin liikerata osuu yhteen kaikkien muiden molekyylien kanssa, ja lisäksi se on etukäteen ja helposti määritettävissä. Kun vartalo vapautettuna putoaa alas, indikaattorit muuttuvat välittömästi. Maahan osuessaan hiukkaset hankkivat kineettistä energiaa. Se antaa sysäyksen lämpöliikkeelle. Tämä tarkoittaa, että lämpötila nousee, mikä ei ole enää nolla. Ja välittömästi ilmaantuu entropia kaoottisesti toimivan järjestelmän epäjärjestyksen mittana.
Ominaisuudet
Kaikki hallitsematon vuorovaikutus lisää entropiaa. Normaaleissa olosuhteissa se voi joko pysyä vakiona tai kasvaa, mutta ei laskea. Termodynamiikassa tämä osoittautuu seuraukseksi sen jo aiemmin mainitusta toisesta pääsäännöstä.
Tavallisia molaarisia entropioita kutsutaan joskus absoluuttisiksi entropioiksi. Ne eivät ole entropian muutoksia, jotka liittyvät yhdisteen muodostumiseen sen vapaista alkuaineista. On myös huomattava, että vapaiden alkuaineiden (yksinkertaisten aineiden muodossa) standardimoolientropiat eivät ole yhtä suuria kuin nolla.
Planckin postulaatin myötä absoluuttinen entropia on mahdollisuus määritellä. Tästä määräyksestä seuraa kuitenkin myös se, että luonnossa ei ole mahdollista saavuttaa kelvinin mukaista lämpötilan nollaa, vaan vain päästä mahdollisimman lähelle sitä.
Teoreettisesti Mihail Lomonosov onnistui ennustamaan lämpötilaminimin olemassaolon. Hän itse käytännössä saavutti elohopean jäätymisen -65 asteeseen. Nykyään aineiden hiukkaset saatetaan laserjäähdytyksellä lähes absoluuttisen nollan tilaan. Tarkemmin sanottuna jopa 10-9 astetta Kelvin-asteikolla. Vaikka tämä arvo on merkityksetön, se ei kuitenkaan ole 0.
Merkitys
Yllä oleva Planckin viime vuosisadan alussa laatima postulaatti, samoin kuin kirjoittajan myöhemmät työt tähän suuntaan, antoivat v altavan sysäyksen teoreettisen fysiikan kehitykselle, mikä johti sen merkittävään kasvuun.edistystä monilla aloilla. Ja jopa uusi tiede syntyi - kvanttimekaniikka.
Planckin teorian ja Bohrin postulaattien perusteella Albert Einstein pystyi jonkin ajan kuluttua, tarkemmin vuonna 1916, kuvailemaan mikroskooppisia prosesseja, jotka tapahtuvat atomien liikkuessa aineissa. Kaikki näiden tutkijoiden kehitys vahvistivat myöhemmin lasereiden, kvanttigeneraattoreiden ja vahvistimien sekä muiden nykyaikaisten laitteiden luomisen.
Max Planck
Tämä tiedemies syntyi vuonna 1858 huhtikuussa. Planck syntyi Saksan Kielin kaupungissa kuuluisien armeijan, tiedemiesten, lakimiesten ja kirkkojohtajien perheeseen. Jopa lukiossa hän osoitti merkittäviä kykyjä matematiikassa ja muissa tieteissä. Tarkkojen tieteenalojen lisäksi hän opiskeli musiikkia, jossa hän osoitti myös huomattavat kykynsä.
Kun hän tuli yliopistoon, hän valitsi teoreettisen fysiikan opiskelun. Sitten hän työskenteli Münchenissä. Täällä hän alkoi opiskella termodynamiikkaa esitellen työnsä tieteelliselle maailmalle. Vuonna 1887 Planck jatkoi toimintaansa Berliinissä. Tähän ajanjaksoon sisältyy niin loistava tieteellinen saavutus kuin kvanttihypoteesi, jonka syvän merkityksen ihmiset pystyivät ymmärtämään vasta myöhemmin. Tämä teoria tunnustettiin laaj alti ja ansaitsi tieteellisen kiinnostuksen vasta 1900-luvun alussa. Mutta hänen ansiostaan Planck saavutti laajan suosion ja ylisti nimeään.
