Termičke procese u prirodi proučava znanost termodinamike. Opisuje sve tekuće energetske transformacije koristeći parametre kao što su volumen, tlak, temperatura, zanemarujući molekularnu strukturu tvari i objekata, kao i faktor vremena. Ova se znanost temelji na tri osnovna zakona. Posljednji od njih ima nekoliko formulacija. U suvremenom svijetu najčešće se koristi onaj koji je dobio naziv "Planckov postulat". Ovaj zakon je dobio ime po znanstveniku koji ga je zaključio i formulirao. Ovo je Max Planck, bistri predstavnik njemačkog znanstvenog svijeta, teoretski fizičar prošlog stoljeća.
Prvi i drugi počeci
Prije nego što formuliramo Planckov postulat, upoznajmo se najprije ukratko s dva druga zakona termodinamike. Prvi od njih potvrđuje potpuno očuvanje energije u svim sustavima izoliranim od vanjskog svijeta. Njegova posljedica je uskraćivanje mogućnosti obavljanja posla bez vanjskog izvora, a time i stvaranje vječnog motora,koji bi radio na sličan način (tj. VD prve vrste).
Drugi zakon kaže da svi sustavi teže termodinamičkoj ravnoteži, dok zagrijana tijela prenose toplinu na hladnija, ali ne i obrnuto. A nakon izjednačavanja temperatura između ovih objekata, svi toplinski procesi se zaustavljaju.
Planckov postulat
Sve gore navedeno odnosi se na električne, magnetske, kemijske fenomene, kao i na procese koji se događaju u svemiru. Danas su termodinamički zakoni od posebne važnosti. Znanstvenici već intenzivno rade u važnom smjeru. Koristeći to znanje, oni nastoje pronaći nove izvore energije.
Treća izjava odnosi se na ponašanje fizičkih tijela na ekstremno niskim temperaturama. Poput prva dva zakona, daje znanje o osnovi svemira.
Formulacija Planckovog postulata je sljedeća:
Entropija pravilno oblikovanog kristala čiste tvari na temperaturi apsolutne nule je nula.
Ovu poziciju je autor predstavio svijetu 1911. godine. I tih dana izazvao je mnogo kontroverzi. Međutim, kasnija dostignuća znanosti, kao i praktična primjena odredbi termodinamike i matematičkih proračuna, dokazala su njegovu istinitost.
Apsolutna temperatura nula
Sada ćemo detaljnije objasniti što je značenje trećeg zakona termodinamike, temeljenog na Planckovom postulatu. I počnimo s tako važnim konceptom kao što je apsolutna nula. Ovo je najniža temperatura koju samo tijela fizičkog svijeta mogu imati. Ispod ove granice, prema zakonima prirode, ne može pasti.
U Celzijusu, ova vrijednost je -273,15 stupnjeva. Ali na Kelvinovoj ljestvici ova se oznaka samo smatra početnom točkom. Dokazano je da je u takvom stanju energija molekula bilo koje tvari nula. Njihovo kretanje je potpuno zaustavljeno. U kristalnoj rešetki atomi zauzimaju jasan, nepromjenjiv položaj u svojim čvorovima, a da ne mogu ni malo fluktuirati.
Podrazumijeva se da sve toplinske pojave u sustavu također prestaju pod datim uvjetima. Planckov postulat govori o stanju pravilnog kristala na apsolutnoj temperaturi nula.
Mjera poremećaja
Možemo znati unutarnju energiju, volumen i tlak raznih tvari. Odnosno, imamo sve prilike da opišemo makrostanje ovog sustava. Ali to ne znači da je moguće reći nešto određeno o mikrostanju neke tvari. Da biste to učinili, morate znati sve o brzini i položaju u prostoru svake od čestica materije. A njihov je broj impresivno ogroman. Istodobno, u normalnim uvjetima, molekule su u stalnom kretanju, neprestano se sudaraju jedna s drugom i raspršuju se u različitim smjerovima, mijenjajući smjer svaki djelić trenutka. A njihovim ponašanjem dominira kaos.
Da bi se odredio stupanj nereda u fizici, uvedena je posebna veličina nazvana entropija. Karakterizira stupanj nepredvidivosti sustava.
Entropija (S) je funkcija termodinamičkog stanja koja služi kao mjeraporemećaj (poremećaj) sustava. Mogućnost endotermnih procesa posljedica je promjene entropije, jer u izoliranim sustavima entropija spontanog procesa raste ΔS >0 (drugi zakon termodinamike).
Savršeno strukturirano tijelo
Stupanj nesigurnosti posebno je visok u plinovima. Kao što znate, oni nemaju oblik i volumen. Istodobno se mogu širiti neograničeno. Čestice plina su najpokretnije, stoga je njihova brzina i lokacija najnepredvidljiviji.
Kruta tijela su sasvim druga stvar. U kristalnoj strukturi svaka od čestica zauzima određeno mjesto, čineći samo neke vibracije iz određene točke. Ovdje nije teško, znajući položaj jednog atoma, odrediti parametre svih ostalih. Na apsolutnoj nuli slika postaje potpuno očita. To kaže treći zakon termodinamike i Planckov postulat.
Ako se takvo tijelo podigne iznad tla, putanja kretanja svake od molekula sustava poklopit će se sa svim ostalima, štoviše, bit će unaprijed i lako određena. Kada tijelo, nakon oslobađanja, padne, indikatori će se odmah promijeniti. Od udaranja o tlo, čestice će dobiti kinetičku energiju. To će dati poticaj toplinskom kretanju. To znači da će se temperatura povećati, koja više neće biti nula. I odmah će se pojaviti entropija, kao mjera poremećaja kaotično funkcionirajućeg sustava.
Značajke
Svaka nekontrolirana interakcija izaziva povećanje entropije. U normalnim uvjetima, može ili ostati konstantan ili se povećati, ali ne i smanjiti. U termodinamici se ispostavlja da je to posljedica njenog drugog zakona, već spomenutog ranije.
Standardne molarne entropije ponekad se nazivaju apsolutnim entropijama. To nisu promjene entropije koje prate nastanak spoja iz njegovih slobodnih elemenata. Također treba napomenuti da standardne molarne entropije slobodnih elemenata (u obliku jednostavnih tvari) nisu jednake nuli.
S pojavom Planckovog postulata, apsolutna entropija ima priliku biti određena. Međutim, posljedica ove odredbe je i to da u prirodi nije moguće postići temperaturu nule po Kelvinu, već joj se samo približiti što je više moguće.
Teoretski, Mihail Lomonosov uspio je predvidjeti postojanje temperaturnog minimuma. On je sam praktički postigao smrzavanje žive na -65 ° Celzija. Danas se pomoću laserskog hlađenja čestice tvari dovode gotovo u stanje apsolutne nule. Točnije, do 10-9 stupnjeva na Kelvinovoj ljestvici. Međutim, iako je ta vrijednost zanemariva, još uvijek nije 0.
Značenje
Navedeni postulat, koji je početkom prošlog stoljeća formulirao Planck, kao i kasniji radovi autora u tom smjeru, dali su ogroman poticaj razvoju teorijske fizike, što je rezultiralo značajnim povećanjem njezinenapredak u mnogim područjima. Čak se pojavila i nova znanost - kvantna mehanika.
Na temelju Planckove teorije i Bohrovih postulata, nakon nekog vremena, točnije 1916. godine, Albert Einstein je uspio opisati mikroskopske procese koji se događaju kada se atomi kreću u tvarima. Sav razvoj ovih znanstvenika kasnije je potvrđen stvaranjem lasera, kvantnih generatora i pojačala, kao i drugih modernih uređaja.
Max Planck
Ovaj znanstvenik rođen je 1858. u travnju. Planck je rođen u njemačkom gradu Kielu u obitelji poznatih vojnih ljudi, znanstvenika, odvjetnika i crkvenih poglavara. Još u gimnaziji pokazao je izvanredne sposobnosti u matematici i drugim znanostima. Uz egzaktne discipline, studirao je glazbu, gdje je pokazao i svoje znatne talente.
Kada je upisao sveučilište, odlučio je studirati teorijsku fiziku. Zatim je radio u Münchenu. Ovdje je počeo proučavati termodinamiku, predstavljajući svoj rad znanstvenom svijetu. Godine 1887. Planck nastavlja svoje aktivnosti u Berlinu. Ovo razdoblje uključuje tako briljantno znanstveno dostignuće kao što je kvantna hipoteza, čije su duboko značenje ljudi mogli razumjeti tek kasnije. Ova teorija je bila široko priznata i zadobila znanstveni interes tek početkom 20. stoljeća. No zahvaljujući njoj Planck je stekao široku popularnost i proslavio svoje ime.
