Šiluminius procesus gamtoje tiria termodinamikos mokslas. Jame aprašomos visos vykstančios energijos transformacijos naudojant tokius parametrus kaip tūris, slėgis, temperatūra, neatsižvelgiant į medžiagų ir objektų molekulinę struktūrą bei laiko faktorių. Šis mokslas remiasi trimis pagrindiniais dėsniais. Paskutinis iš jų turi keletą formuluočių. Šiuolaikiniame pasaulyje dažniausiai naudojamas tas, kuris gavo pavadinimą „Plancko postulatas“. Šis dėsnis pavadintas jį išvedusio ir suformulavusio mokslininko vardu. Tai Maxas Planckas, ryškus Vokietijos mokslo pasaulio atstovas, praėjusio amžiaus fizikas teoretikas.
Pirma ir antra pradžia
Prieš formuluodami Plancko postulatą, pirmiausia trumpai susipažinkime su kitais dviem termodinamikos dėsniais. Pirmasis iš jų teigia visišką energijos išsaugojimą visose sistemose, izoliuotose nuo išorinio pasaulio. Jos pasekmė yra galimybės dirbti be išorinio š altinio atmetimas, taigi ir nuolatinio judesio mašinos sukūrimas,kuris veiktų panašiai (t. y. pirmos rūšies VD).
Antrasis dėsnis sako, kad visos sistemos linkusios į termodinaminę pusiausvyrą, o įkaitę kūnai perduoda šilumą š altesniems, bet ne atvirkščiai. O po šių objektų temperatūrų išlyginimo visi šiluminiai procesai sustoja.
Planko postulatas
Visa tai, kas išdėstyta pirmiau, taikoma elektriniams, magnetiniams, cheminiams reiškiniams, taip pat procesams, vykstantiems kosmose. Šiandien termodinaminiai dėsniai yra ypač svarbūs. Jau dabar mokslininkai intensyviai dirba svarbia kryptimi. Naudodamiesi šiomis žiniomis, jie siekia rasti naujų energijos š altinių.
Trečias teiginys susijęs su fizinių kūnų elgesiu esant itin žemai temperatūrai. Kaip ir pirmieji du dėsniai, jis suteikia žinių apie visatos pagrindą.
Plancko postulato formuluotė yra tokia:
Tinkamai suformuoto grynos medžiagos kristalo entropija absoliučioje nulinėje temperatūroje yra lygi nuliui.
Šią poziciją autorius pasauliui pristatė 1911 m. Ir tais laikais sukėlė daug ginčų. Tačiau vėlesni mokslo laimėjimai, taip pat praktinis termodinamikos nuostatų ir matematinių skaičiavimų taikymas įrodė savo tiesą.
Absoliuti nulinė temperatūra
Dabar išsamiau paaiškinkime, ką reiškia trečiasis termodinamikos dėsnis, pagrįstas Plancko postulatu. Ir pradėkime nuo tokios svarbios sąvokos kaip absoliutus nulis. Tai žemiausia temperatūra, kokią tik gali turėti fizinio pasaulio kūnai. Žemiau šios ribos, pagal gamtos dėsnius, ji negali kristi.
Celsijaus ši vertė yra –273,15 laipsnių. Tačiau pagal Kelvino skalę šis ženklas laikomas tik atskaitos tašku. Įrodyta, kad tokioje būsenoje bet kurios medžiagos molekulių energija yra lygi nuliui. Jų judėjimas visiškai sustabdytas. Kristalinėje gardelėje atomai užima aiškią, nekintančią vietą jos mazguose, negalėdami net šiek tiek svyruoti.
Savaime suprantama, kad visi šiluminiai reiškiniai sistemoje tam tikromis sąlygomis taip pat sustoja. Planko postulatas yra apie taisyklingo kristalo būseną absoliučioje nulinėje temperatūroje.
Sutrikimo priemonė
Galime žinoti įvairių medžiagų vidinę energiją, tūrį ir slėgį. Tai yra, mes turime visas galimybes apibūdinti šios sistemos makrobūseną. Bet tai nereiškia, kad apie kokios nors medžiagos mikrobūseną galima pasakyti ką nors konkretaus. Norėdami tai padaryti, turite žinoti viską apie kiekvienos materijos dalelės greitį ir padėtį erdvėje. O jų skaičius įspūdingai didžiulis. Tuo pačiu metu normaliomis sąlygomis molekulės nuolat juda, nuolat susiduria viena su kita ir išsisklaido įvairiomis kryptimis, keisdamos kryptį kas akimirkos dalį. Ir jų elgesyje vyrauja chaosas.
Fizikos sutrikimo laipsniui nustatyti buvo įvestas specialus dydis, vadinamas entropija. Tai apibūdina sistemos nenuspėjamumo laipsnį.
Entropija (S) yra termodinaminės būsenos funkcija, naudojama kaip matassistemos sutrikimas (sutrikimas). Endoterminių procesų galimybė atsiranda dėl entropijos pasikeitimo, nes izoliuotose sistemose savaiminio proceso entropija didėja ΔS >0 (antrasis termodinamikos dėsnis).
Tobulos struktūros kūnas
Dujose neapibrėžtumo laipsnis ypač didelis. Kaip žinote, jie neturi formos ir apimties. Tuo pačiu metu jie gali plėstis neribotą laiką. Dujų dalelės yra pačios judriausios, todėl jų greitis ir vieta yra labiausiai nenuspėjami.
Standūs kūnai – visai kas kita. Kristalinėje struktūroje kiekviena dalelė užima tam tikrą vietą, iš tam tikro taško sukelia tik tam tikrus virpesius. Čia nesunku, žinant vieno atomo padėtį, nustatyti visų kitų parametrus. Esant absoliučiam nuliui, vaizdas tampa visiškai akivaizdus. Štai ką sako trečiasis termodinamikos dėsnis ir Plancko postulatas.
Jei toks kūnas bus pakeltas virš žemės, kiekvienos iš sistemos molekulių judėjimo trajektorija sutaps su visomis kitomis, be to, ji bus iš anksto ir lengvai nustatoma. Kai kūnas, paleidžiamas, nukris žemyn, rodikliai iškart pasikeis. Atsitrenkusios į žemę dalelės įgis kinetinės energijos. Tai suteiks impulsą šiluminiam judėjimui. Tai reiškia, kad pakils temperatūra, kuri nebebus nulinė. Ir tuoj pat atsiras entropija, kaip chaotiškai veikiančios sistemos sutrikimo matas.
Funkcijos
Bet kokia nekontroliuojama sąveika išprovokuoja entropijos padidėjimą. Normaliomis sąlygomis jis gali išlikti pastovus arba didėti, bet ne mažėti. Termodinamikoje tai yra antrojo dėsnio, jau minėto anksčiau, pasekmė.
Standartinės molinės entropijos kartais vadinamos absoliučiomis entropijomis. Tai nėra entropijos pokyčiai, lydintys junginio susidarymą iš jo laisvųjų elementų. Taip pat reikėtų pažymėti, kad standartinės laisvųjų elementų molinės entropijos (paprastų medžiagų pavidalu) nėra lygios nuliui.
Atsiradus Plancko postulatui, absoliuti entropija turi galimybę būti nustatyta. Tačiau šios nuostatos pasekmė yra ir tai, kad gamtoje neįmanoma pasiekti nulinės temperatūros pagal Kelviną, o tik priartėti prie jos kuo arčiau.
Teoriškai Michailui Lomonosovui pavyko numatyti temperatūros minimumo egzistavimą. Jis pats praktiškai pasiekė gyvsidabrio užšalimą iki -65 ° C. Šiandien, naudojant lazerinį aušinimą, medžiagų dalelės pakeliamos beveik iki absoliutaus nulio. Tiksliau, iki 10-9 laipsnių pagal Kelvino skalę. Tačiau, nors ši vertė yra nereikšminga, ji vis tiek nėra 0.
Reikšmė
Aukščiau pateiktas postulatas, suformuluotas praėjusio šimtmečio pradžioje Plancko, taip pat vėlesni autoriaus darbai šia kryptimi davė didžiulį postūmį teorinės fizikos raidai, todėl gerokai išaugo jospažangą daugelyje sričių. Ir netgi atsirado naujas mokslas – kvantinė mechanika.
Remdamasis Plancko teorija ir Bohro postulatais, po kurio laiko, tiksliau 1916 m., Albertas Einšteinas sugebėjo aprašyti mikroskopinius procesus, kurie vyksta atomams judant medžiagose. Visi šių mokslininkų pasiekimai vėliau buvo patvirtinti sukūrus lazerius, kvantinius generatorius ir stiprintuvus, taip pat kitus modernius įrenginius.
Max Planck
Šis mokslininkas gimė 1858 m. balandžio mėn. Planckas gimė Vokietijos Kylio mieste garsių kariškių, mokslininkų, teisininkų ir bažnyčios vadovų šeimoje. Netgi gimnazijoje jis parodė puikius matematikos ir kitų mokslų sugebėjimus. Be tikslių disciplinų, jis studijavo muziką, kur taip pat parodė savo didelius talentus.
Įstojęs į universitetą, jis pasirinko teorinės fizikos studijas. Tada jis dirbo Miunchene. Čia jis pradėjo studijuoti termodinamiką, pristatydamas savo darbus mokslo pasauliui. 1887 m. Planckas tęsė savo veiklą Berlyne. Šis laikotarpis apima tokį puikų mokslo laimėjimą kaip kvantinė hipotezė, kurios gilią prasmę žmonės sugebėjo suprasti tik vėliau. Ši teorija buvo plačiai pripažinta ir sulaukė mokslinio susidomėjimo tik XX amžiaus pradžioje. Tačiau būtent jos dėka Planckas išpopuliarėjo ir išgarsino savo vardą.
