Looduses toimuvaid termilisi protsesse uurib termodünaamika teadus. See kirjeldab kõiki käimasolevaid energiamuutusi, kasutades selliseid parameetreid nagu maht, rõhk, temperatuur, jättes tähelepanuta ainete ja objektide molekulaarstruktuuri, aga ka ajafaktorit. See teadus põhineb kolmel põhiseadusel. Viimasel neist on mitu koostist. Kaasaegses maailmas kasutatakse kõige sagedamini seda, mis sai nime "Plancki postulaat". See seadus on nime saanud teadlase järgi, kes selle järeldas ja sõnastas. See on Max Planck, Saksa teadusmaailma särav esindaja, eelmise sajandi teoreetiline füüsik.
Esimene ja teine algus
Enne Plancki postulaadi sõnastamist tutvume lühid alt kahe teise termodünaamika seadusega. Esimene neist kinnitab energia täielikku säilimist kõigis välismaailmast eraldatud süsteemides. Selle tagajärjeks on välise allikata töö tegemise võimaluse eitamine ja seega igiliikuri loomine,mis töötaks sarnaselt (st esimest tüüpi VD).
Teine seadus ütleb, et kõik süsteemid kalduvad saavutama termodünaamilise tasakaalu, samal ajal kui kuumutatud kehad kannavad soojust üle külmematele, kuid mitte vastupidi. Ja pärast nende objektide temperatuuride ühtlustamist peatuvad kõik termilised protsessid.
Plancki postulaat
Kõik eelnev kehtib nii elektriliste, magnetiliste, keemiliste nähtuste kui ka avakosmoses toimuvate protsesside kohta. Tänapäeval on termodünaamilised seadused erilise tähtsusega. Juba praegu töötavad teadlased intensiivselt olulises suunas. Neid teadmisi kasutades püüavad nad leida uusi energiaallikaid.
Kolmas väide puudutab füüsiliste kehade käitumist äärmiselt madalatel temperatuuridel. Nagu kaks esimest seadust, annab see teadmisi universumi aluse kohta.
Plancki postulaadi sõnastus on järgmine:
Puhta aine korralikult moodustunud kristalli entroopia absoluutsel nulltemperatuuril on null.
Selle seisukoha esitas autor maailmale 1911. aastal. Ja neil päevil tekitas palju poleemikat. Kuid teaduse hilisemad saavutused, samuti termodünaamika sätete ja matemaatiliste arvutuste praktiline rakendamine tõestasid oma tõesust.
Absoluutne temperatuur null
Nüüd selgitame üksikasjalikum alt, mis on termodünaamika kolmanda seaduse tähendus, mis põhineb Plancki postulaadil. Ja alustame sellisest olulisest kontseptsioonist nagu absoluutne null. See on madalaim temperatuur, mis füüsilise maailma kehadel olla võib. Sellest piirist allapoole see loodusseaduste kohaselt langeda ei saa.
Celsiuse järgi on see väärtus –273,15 kraadi. Kuid Kelvini skaalal peetakse seda märki lihts alt lähtepunktiks. On tõestatud, et sellises olekus on mis tahes aine molekulide energia null. Nende liikumine on täielikult peatunud. Kristallvõres on aatomid selle sõlmedes selge ja muutumatu positsiooniga, ilma et nad saaksid isegi veidi kõikuda.
On ütlematagi selge, et kõik soojusnähtused süsteemis peatuvad teatud tingimustel. Plancki postulaat käsitleb tavakristalli olekut absoluutsel nulltemperatuuril.
Härevuse mõõt
Saame teada erinevate ainete siseenergiat, mahtu ja rõhku. See tähendab, et meil on kõik võimalused selle süsteemi makroseisundi kirjeldamiseks. Aga see ei tähenda, et mingi aine mikrooleku kohta saaks midagi kindlat väita. Selleks peate teadma kõike iga aineosakese kiiruse ja asukoha kohta ruumis. Ja nende arv on muljetavaldav alt suur. Samal ajal on molekulid tavatingimustes pidevas liikumises, põrkuvad üksteisega pidev alt kokku ja hajuvad erinevatesse suundadesse, muutes suunda iga murdosa hetkest. Ja nende käitumist valitseb kaos.
Füüsika häirete astme määramiseks on kasutusele võetud spetsiaalne suurus, mida nimetatakse entroopiaks. See iseloomustab süsteemi ettearvamatuse astet.
Entroopia (S) on termodünaamiline olekufunktsioon, mida kasutatakse mõõdikunasüsteemi häire (häire). Endotermiliste protsesside võimalikkus on tingitud entroopia muutumisest, sest isoleeritud süsteemides suureneb spontaanse protsessi entroopia ΔS >0 (termodünaamika teine seadus).
Täiusliku struktuuriga keha
Ebakindluse aste on eriti suur gaaside puhul. Nagu teate, pole neil kuju ja mahtu. Samal ajal võivad need laieneda lõputult. Gaasiosakesed on kõige liikuvamad, seetõttu on nende kiirus ja asukoht kõige ettearvamatum.
Jäigad kehad on hoopis teine asi. Kristallstruktuuris on iga osake teatud kohas, tekitades teatud punktist ainult mõningaid vibratsioone. Siin pole ühe aatomi asukohta teades keeruline määrata kõigi teiste parameetreid. Absoluutse nulli juures muutub pilt täiesti ilmseks. Seda ütleb termodünaamika kolmas seadus ja Plancki postulaat.
Kui selline keha tõsta maapinnast kõrgemale, ühtib süsteemi iga molekuli liikumistrajektoor kõigi teiste molekulidega, pealegi on see eelnev alt ja kergesti määratav. Kui keha vabaneb, kukub alla, muutuvad indikaatorid kohe. Maapinnale sattudes omandavad osakesed kineetilise energia. See annab tõuke termilisele liikumisele. See tähendab, et temperatuur tõuseb, mis ei ole enam null. Ja kohe tekib entroopia, mis mõõdab kaootiliselt toimiva süsteemi häireid.
Funktsioonid
Iga kontrollimatu interaktsioon kutsub esile entroopia suurenemise. Normaalsetes tingimustes võib see jääda konstantseks või suureneda, kuid mitte väheneda. Termodünaamikas on see juba varem mainitud teise seaduse tagajärg.
Standardseid molaarseid entroopiaid nimetatakse mõnikord absoluutseks entroopiaks. Need ei ole entroopia muutused, mis kaasnevad ühendi moodustumisega selle vabadest elementidest. Samuti tuleb märkida, et vabade elementide standardsed molaarsed entroopiad (lihtainete kujul) ei ole võrdsed nulliga.
Plancki postulaadi tulekuga on absoluutne entroopia võimalus kindlaks määrata. Kuid selle sätte tagajärg on ka see, et looduses ei ole võimalik Kelvini järgi nulli temperatuuri saavutada, vaid ainult selleks, et jõuda sellele võimalikult lähedale.
Teoreetiliselt õnnestus Mihhail Lomonosovil ennustada temperatuuri miinimumi olemasolu. Ta ise saavutas praktiliselt elavhõbeda külmumise temperatuurini -65 ° C. Tänapäeval viiakse laserjahutuse abil ainete osakesed peaaegu absoluutse nulli olekusse. Täpsem alt kuni 10-9 kraadi Kelvini skaalal. Kuigi see väärtus on tühine, ei ole see siiski 0.
Tähendus
Ül altoodud postulaat, mille koostas eelmise sajandi alguses Planck, aga ka autori hilisemad sellesuunalised tööd andsid tohutu tõuke teoreetilise füüsika arengule, mille tulemusena suurenes oluliselt selleedu paljudes valdkondades. Ja tekkis isegi uus teadus – kvantmehaanika.
Plancki teooriale ja Bohri postulaatidele tuginedes suutis Albert Einstein mõne aja pärast, täpsem alt 1916. aastal, kirjeldada mikroskoopilisi protsesse, mis toimuvad aatomite liikumisel ainetes. Kõiki nende teadlaste arenguid kinnitasid hiljem laserite, kvantgeneraatorite ja võimendite ning ka muude kaasaegsete seadmete loomine.
Max Planck
See teadlane sündis 1858. aastal aprillis. Planck sündis Saksamaal Kieli linnas kuulsate sõjaväelaste, teadlaste, juristide ja kirikujuhtide peres. Isegi gümnaasiumis näitas ta märkimisväärseid võimeid matemaatikas ja muudes teadustes. Lisaks täpsetele erialadele õppis ta muusikat, kus näitas ka oma märkimisväärseid andeid.
Ülikooli astudes valis ta teoreetilise füüsika õppimise. Seejärel töötas ta Münchenis. Siin asus ta uurima termodünaamikat, tutvustades oma tööd teadusmaailmale. 1887. aastal jätkas Planck oma tegevust Berliinis. Sellesse perioodi kuulub selline hiilgav teadussaavutus nagu kvanthüpotees, mille sügavast tähendusest said inimesed aru alles hiljem. Seda teooriat tunnustati laialdaselt ja see pälvis teadusliku huvi alles 20. sajandi alguses. Kuid just tänu temale saavutas Planck laialdase populaarsuse ja ülistas oma nime.
