Procesele termice din natură sunt studiate de știința termodinamicii. Descrie toate transformările energetice în curs folosind parametri precum volumul, presiunea, temperatura, ignorând structura moleculară a substanțelor și obiectelor, precum și factorul timp. Această știință se bazează pe trei legi de bază. Ultima dintre ele are mai multe formulări. Cel mai des folosit în lumea modernă este cel care a primit denumirea de „postulatul lui Planck”. Această lege poartă numele omului de știință care a dedus-o și a formulat-o. Acesta este Max Planck, un reprezentant strălucit al lumii științifice germane, un fizician teoretician al secolului trecut.
Primul și al doilea început
Înainte de a formula postulatul lui Planck, să ne familiarizăm mai întâi cu alte două legi ale termodinamicii. Prima dintre ele afirmă conservarea completă a energiei în toate sistemele izolate de lumea exterioară. Consecința sa este negarea posibilității de a lucra fără o sursă externă și, prin urmare, crearea unei mașini cu mișcare perpetuă,care ar funcționa într-un mod similar (adică, un VD de primul fel).
A doua lege spune că toate sistemele tind spre echilibrul termodinamic, în timp ce corpurile încălzite transferă căldură la cele mai reci, dar nu invers. Și după egalizarea temperaturilor dintre aceste obiecte, toate procesele termice se opresc.
Postulatul lui Planck
Toate cele de mai sus se aplică fenomenelor electrice, magnetice, chimice, precum și proceselor care au loc în spațiul cosmic. Astăzi, legile termodinamice sunt de o importanță deosebită. Deja, oamenii de știință lucrează intens într-o direcție importantă. Folosind aceste cunoștințe, ei caută să găsească noi surse de energie.
A treia afirmație se referă la comportamentul corpurilor fizice la temperaturi extrem de scăzute. La fel ca primele două legi, oferă cunoștințe despre baza universului.
Formularea postulatului lui Planck este următoarea:
Entropia unui cristal format corect dintr-o substanță pure la temperaturi zero absolut este zero.
Această poziție a fost prezentată lumii de către autor în 1911. Și în acele zile a provocat multe controverse. Cu toate acestea, realizările ulterioare ale științei, precum și aplicarea practică a prevederilor termodinamicii și calculelor matematice, și-au dovedit adevărul.
Temperatura absolută zero
Acum să explicăm mai detaliat care este sensul celei de-a treia legi a termodinamicii, bazată pe postulatul lui Planck. Și să începem cu un concept atât de important ca zero absolut. Aceasta este cea mai scăzută temperatură pe care o pot avea doar corpurile lumii fizice. Sub această limită, conform legilor naturii, nu poate cădea.
În Celsius, această valoare este -273,15 grade. Dar pe scara Kelvin, acest semn este considerat doar punctul de plecare. Se dovedește că într-o astfel de stare energia moleculelor oricărei substanțe este zero. Mișcarea lor este complet oprită. Într-o rețea cristalină, atomii ocupă o poziție clară, neschimbătoare în nodurile sale, fără a putea fluctua nici măcar ușor.
Este de la sine înțeles că toate fenomenele termice din sistem se opresc și în condiții date. Postulatul lui Planck se referă la starea unui cristal obișnuit la temperatura absolută zero.
Măsura tulburării
Putem cunoaște energia internă, volumul și presiunea diferitelor substanțe. Adică avem toate șansele să descriem macrostarea acestui sistem. Dar asta nu înseamnă că este posibil să spunem ceva clar despre microstarea unei substanțe. Pentru a face acest lucru, trebuie să știți totul despre viteza și poziția în spațiu a fiecăreia dintre particulele de materie. Iar numărul lor este impresionant de mare. În același timp, în condiții normale, moleculele sunt în mișcare constantă, se ciocnesc în mod constant între ele și se împrăștie în direcții diferite, schimbând direcția la fiecare fracțiune de moment. Iar comportamentul lor este dominat de haos.
Pentru a determina gradul de dezordine în fizică, a fost introdusă o cantitate specială numită entropie. Caracterizează gradul de imprevizibilitate al sistemului.
Entropia (S) este o funcție de stare termodinamică care servește ca măsurătulburare (tulburare) a sistemului. Posibilitatea proceselor endoterme se datorează unei modificări a entropiei, deoarece în sistemele izolate entropia unui proces spontan crește ΔS >0 (a doua lege a termodinamicii).
Corp perfect structurat
Gradul de incertitudine este deosebit de ridicat în cazul gazelor. După cum știți, nu au formă și volum. În același timp, se pot extinde la nesfârșit. Particulele de gaz sunt cele mai mobile, prin urmare viteza și locația lor sunt cele mai imprevizibile.
Corpurile rigide sunt cu totul altă problemă. În structura cristalină, fiecare dintre particule ocupă un anumit loc, producând doar unele vibrații dintr-un anumit punct. Aici nu este greu, cunoscând poziția unui atom, să determinați parametrii tuturor celorlalți. La zero absolut, imaginea devine complet evidentă. Aceasta este ceea ce spune a treia lege a termodinamicii și postulatul lui Planck.
Dacă un astfel de corp este ridicat deasupra solului, traiectoria de mișcare a fiecăreia dintre moleculele sistemului va coincide cu toate celel alte, în plus, va fi în prealabil și ușor de determinat. Când corpul, fiind eliberat, cade, indicatorii se vor schimba imediat. De la lovirea solului, particulele vor dobândi energie cinetică. Va da impuls mișcării termice. Aceasta înseamnă că temperatura va crește, care nu va mai fi zero. Și imediat va apărea entropia, ca măsură a dezordinei unui sistem care funcționează haotic.
Funcții
Orice interacțiune necontrolată provoacă o creștere a entropiei. În condiții normale, poate rămâne constant sau crește, dar nu poate scădea. În termodinamică, aceasta se dovedește a fi o consecință a celei de-a doua legi, deja menționată mai devreme.
Entropiile molare standard sunt uneori numite entropii absolute. Nu sunt modificări de entropie care însoțesc formarea unui compus din elementele sale libere. De asemenea, trebuie remarcat faptul că entropiile molare standard ale elementelor libere (sub formă de substanțe simple) nu sunt egale cu zero.
Odată cu apariția postulatului lui Planck, entropia absolută are șansa de a fi determinată. Totuși, o consecință a acestei prevederi este că în natură nu este posibil să se atingă temperatura zero conform Kelvin, ci doar să se apropie cât mai mult de aceasta.
Teoretic, Mihail Lomonosov a reusit sa prezica existenta unui minim de temperatura. El însuși a realizat practic înghețarea mercurului la -65 ° Celsius. Astăzi, prin intermediul răcirii cu laser, particulele de substanțe sunt aduse aproape la starea de zero absolut. Mai precis, până la 10-9 grade pe scara Kelvin. Cu toate acestea, deși această valoare este neglijabilă, încă nu este 0.
Semnificat
Postulatul de mai sus, formulat la începutul secolului trecut de Planck, precum și lucrările ulterioare în această direcție de către autor, au dat un impuls uriaș dezvoltării fizicii teoretice, rezultând o creștere semnificativă a acesteia.progres în multe domenii. Și chiar și o nouă știință a apărut - mecanica cuantică.
Pe baza teoriei lui Planck și a postulatelor lui Bohr, după ceva timp, mai precis în 1916, Albert Einstein a reușit să descrie procesele microscopice care au loc atunci când atomii se mișcă în substanțe. Toate evoluțiile acestor oameni de știință au fost confirmate ulterior de crearea laserelor, generatoarelor cuantice și amplificatoarelor, precum și a altor dispozitive moderne.
Max Planck
Acest om de știință s-a născut în 1858, în aprilie. Planck s-a născut în orașul german Kiel într-o familie de militari celebri, oameni de știință, avocați și lideri ai bisericii. Chiar și la gimnaziu, el a arătat abilități remarcabile în matematică și alte științe. Pe lângă disciplinele exacte, a studiat muzica, unde și-a arătat și talentele considerabile.
Când a intrat la universitate, a ales să studieze fizica teoretică. Apoi a lucrat la Munchen. Aici a început să studieze termodinamica, prezentându-și lucrările lumii științifice. În 1887, Planck și-a continuat activitățile la Berlin. Această perioadă include o realizare științifică atât de strălucitoare precum ipoteza cuantică, al cărei sens profund oamenii au putut să-l înțeleagă abia mai târziu. Această teorie a fost recunoscută pe scară largă și a câștigat interes științific abia la începutul secolului al XX-lea. Dar datorită ei, Planck a câștigat o mare popularitate și și-a glorificat numele.
