Termiska processer i naturen studeras av termodynamikens vetenskap. Den beskriver alla pågående energiomvandlingar med hjälp av parametrar som volym, tryck, temperatur, ignorerar molekylstrukturen hos ämnen och föremål, såväl som tidsfaktorn. Denna vetenskap bygger på tre grundläggande lagar. Den sista av dem har flera formuleringar. Den mest använda i den moderna världen är den som fick namnet "Plancks postulat". Denna lag är uppkallad efter vetenskapsmannen som härledde och formulerade den. Det här är Max Planck, en lysande representant för den tyska vetenskapsvärlden, en teoretisk fysiker från förra seklet.
Första och andra början
Låt oss bekanta oss kort med två andra termodynamiska lagar innan vi formulerar Plancks postulat. Den första av dem hävdar fullständigt bevarande av energi i alla system isolerade från omvärlden. Dess konsekvens är förnekandet av möjligheten att utföra arbete utan en extern källa, och därmed skapandet av en evighetsmaskin,som skulle fungera på liknande sätt (d.v.s. en VD av det första slaget).
Den andra lagen säger att alla system tenderar till termodynamisk jämvikt, medan uppvärmda kroppar överför värme till kallare, men inte vice versa. Och efter utjämning av temperaturerna mellan dessa objekt stoppas alla termiska processer.
Plancks postulat
Allt ovanstående gäller elektriska, magnetiska, kemiska fenomen, såväl som processer som sker i yttre rymden. Idag är termodynamiska lagar av särskild betydelse. Redan nu arbetar forskare intensivt i en viktig riktning. Med hjälp av denna kunskap försöker de hitta nya energikällor.
Det tredje påståendet gäller fysiska kroppars beteende vid extremt låga temperaturer. Liksom de två första lagarna ger den kunskap om universums grund.
Formuleringen av Plancks postulat är som följer:
Entropin för en korrekt formad kristall av ett rent ämne vid absoluta nolltemperaturer är noll.
Denna position presenterades för världen av författaren 1911. Och på den tiden orsakade mycket kontrovers. Men efterföljande vetenskapsprestationer, såväl som den praktiska tillämpningen av termodynamikens bestämmelser och matematiska beräkningar, bevisade dess sanning.
Absolut temperatur noll
Låt oss nu förklara mer i detalj vad som är meningen med termodynamikens tredje lag, baserat på Plancks postulat. Och låt oss börja med ett så viktigt koncept som absolut noll. Detta är den lägsta temperaturen som den fysiska världens kroppar bara kan ha. Under denna gräns kan den enligt naturlagarna inte falla.
I Celsius är detta värde -273,15 grader. Men på Kelvin-skalan anses detta märke bara vara utgångspunkten. Det är bevisat att i ett sådant tillstånd är energin hos molekylerna av något ämne noll. Deras rörelse stoppas helt. I ett kristallgitter intar atomer en tydlig, oföränderlig position i dess noder, utan att kunna fluktuera ens något.
Det säger sig självt att alla termiska fenomen i systemet också stannar under givna förhållanden. Plancks postulat handlar om tillståndet för en vanlig kristall vid absolut temperatur noll.
Measure of disorder
Vi kan känna till den inre energin, volymen och trycket hos olika ämnen. Det vill säga, vi har alla möjligheter att beskriva makrotillståndet i detta system. Men detta betyder inte att det är möjligt att säga något definitivt om mikrotillståndet hos något ämne. För att göra detta behöver du veta allt om hastigheten och positionen i rymden för var och en av materiens partiklar. Och deras antal är imponerande enormt. Samtidigt, under normala förhållanden, är molekylerna i konstant rörelse, kolliderar ständigt med varandra och sprider sig i olika riktningar och ändrar riktning varje bråkdel av ett ögonblick. Och deras beteende domineras av kaos.
För att bestämma graden av oordning i fysiken har en speciell storhet som kallas entropi introducerats. Det kännetecknar graden av oförutsägbarhet i systemet.
Entropi (S) är en termodynamisk tillståndsfunktion som fungerar som ett måttstörning (störning) i systemet. Möjligheten för endotermiska processer beror på en förändring i entropin, eftersom entropin i en spontan process i isolerade system ökar ΔS >0 (termodynamikens andra lag).
Perfekt strukturerad text
Graden av osäkerhet är särskilt hög för gaser. Som ni vet har de ingen form och volym. Samtidigt kan de expandera i det oändliga. Gaspartiklar är de mest rörliga, därför är deras hastighet och plats mest oförutsägbara.
Styva kroppar är en helt annan sak. I kristallstrukturen upptar var och en av partiklarna en viss plats och gör bara några vibrationer från en viss punkt. Här är det inte svårt, att känna till en atoms position, att bestämma parametrarna för alla de andra. Vid absolut noll blir bilden helt uppenbar. Detta är vad termodynamikens tredje lag och Plancks postulat säger.
Om en sådan kropp höjs över marken, kommer rörelsebanan för var och en av systemets molekyler att sammanfalla med alla de andra, dessutom kommer den att vara i förväg och lätt att bestämma. När kroppen, som släpps, faller ner, kommer indikatorerna omedelbart att ändras. Från att träffa marken kommer partiklarna att få kinetisk energi. Det kommer att ge impulser till den termiska rörelsen. Det betyder att temperaturen kommer att öka, vilket inte längre kommer att vara noll. Och omedelbart kommer entropi att uppstå, som ett mått på störningen i ett kaotiskt fungerande system.
Funktioner
All okontrollerad interaktion framkallar en ökning av entropin. Under normala förhållanden kan den antingen förbli konstant eller öka, men inte minska. Inom termodynamiken visar sig detta vara en konsekvens av dess andra lag, som redan nämnts tidigare.
Standardmolära entropier kallas ibland för absoluta entropier. De är inte entropiförändringar som åtföljer bildandet av en förening från dess fria element. Det bör också noteras att de molära standardentropierna för fria grundämnen (i form av enkla ämnen) inte är lika med noll.
Med tillkomsten av Plancks postulat har absolut entropi en chans att fastställas. En konsekvens av denna bestämmelse är dock också att det i naturen inte går att nå temperaturen noll enligt Kelvin, utan bara att komma så nära den som möjligt.
Teoretiskt sett lyckades Mikhail Lomonosov förutsäga förekomsten av ett temperaturminimum. Han själv uppnådde praktiskt taget frysningen av kvicksilver till -65 ° Celsius. Idag, med hjälp av laserkylning, bringas partiklarna av ämnen nästan till absolut noll. Mer exakt, upp till 10-9 grader på Kelvin-skalan. Men även om detta värde är försumbart är det fortfarande inte 0.
Meaning
Ovanstående postulat, formulerat i början av förra seklet av Planck, liksom efterföljande arbeten i denna riktning av författaren, gav en enorm impuls till utvecklingen av teoretisk fysik, vilket resulterade i en betydande ökning av dessframsteg på många områden. Och till och med en ny vetenskap dök upp - kvantmekanik.
Baserat på Plancks teori och Bohrs postulat kunde Albert Einstein efter en tid, närmare bestämt 1916, beskriva de mikroskopiska processer som uppstår när atomer rör sig i ämnen. All utveckling av dessa forskare bekräftades senare av skapandet av lasrar, kvantgeneratorer och förstärkare, såväl som andra moderna enheter.
Max Planck
Denna vetenskapsman föddes 1858 i april. Planck föddes i den tyska staden Kiel i en familj av kända militärer, vetenskapsmän, advokater och kyrkoledare. Även i gymnastiksalen visade han anmärkningsvärda förmågor i matematik och andra vetenskaper. Förutom exakta discipliner studerade han musik, där han också visade sina betydande talanger.
När han kom in på universitetet valde han att studera teoretisk fysik. Sedan arbetade han i München. Här började han studera termodynamik och presenterade sitt arbete för den vetenskapliga världen. 1887 fortsatte Planck sin verksamhet i Berlin. Denna period inkluderar en så lysande vetenskaplig prestation som kvanthypotesen, vars djupa innebörd människor kunde förstå först senare. Denna teori var allmänt erkänd och fick vetenskapligt intresse först i början av 1900-talet. Men det var tack vare henne som Planck fick stor popularitet och förhärligade sitt namn.
