Termične procese v naravi preučuje znanost termodinamike. Opisuje vse tekoče energetske transformacije z uporabo parametrov, kot so prostornina, tlak, temperatura, ne upošteva molekularne strukture snovi in predmetov ter časovnega faktorja. Ta znanost temelji na treh osnovnih zakonih. Zadnji od njih ima več formulacij. Najpogosteje uporabljen v sodobnem svetu je tisti, ki je dobil ime "Planckov postulat". Ta zakon je poimenovan po znanstveniku, ki ga je izpeljal in oblikoval. To je Max Planck, svetel predstavnik nemškega znanstvenega sveta, teoretični fizik prejšnjega stoletja.
Prvi in drugi začetki
Preden formuliramo Planckov postulat, se najprej na kratko seznanimo z dvema drugim termodinamičnima zakonoma. Prvi od njih uveljavlja popolno ohranjanje energije v vseh sistemih, izoliranih od zunanjega sveta. Njena posledica je zanikanje možnosti opravljanja dela brez zunanjega vira in s tem ustvarjanje večnega motorja,ki bi deloval na podoben način (tj. VD prve vrste).
Drugi zakon pravi, da vsi sistemi težijo k termodinamičnemu ravnotežju, medtem ko segreta telesa prenašajo toploto hladnejšim, ne pa obratno. In po izenačevanju temperatur med temi objekti se vsi toplotni procesi ustavijo.
Planckov postulat
Vse našteto velja za električne, magnetne, kemične pojave, pa tudi za procese, ki se dogajajo v vesolju. Danes so termodinamični zakoni še posebej pomembni. Znanstveniki že zdaj intenzivno delajo v pomembni smeri. S tem znanjem iščejo nove vire energije.
Tretja izjava se nanaša na obnašanje fizičnih teles pri izjemno nizkih temperaturah. Tako kot prva dva zakona daje znanje o osnovi vesolja.
Formulacija Planckovega postulata je naslednja:
Entropija pravilno oblikovanega kristala čiste snovi pri temperaturah absolutne nič je nič.
To stališče je avtor svetu predstavil leta 1911. In v tistih dneh je povzročil veliko polemik. Vendar so kasnejši dosežki znanosti, pa tudi praktična uporaba določil termodinamike in matematičnih izračunov, dokazali njeno resnico.
Absolutna temperatura nič
Sedaj pa podrobneje razložimo, kaj je pomen tretjega zakona termodinamike, ki temelji na Planckovem postulatu. In začnimo s tako pomembnim konceptom, kot je absolutna ničla. To je najnižja temperatura, ki jo lahko imajo le telesa fizičnega sveta. Pod to mejo po zakonih narave ne more pasti.
V Celziju je ta vrednost -273,15 stopinj. Toda na Kelvinovi lestvici se ta oznaka šteje za izhodišče. Dokazano je, da je v takem stanju energija molekul katere koli snovi enaka nič. Njihovo gibanje je popolnoma ustavljeno. V kristalni mreži atomi zasedajo jasen, nespremenljiv položaj v njenih vozliščih, ne da bi lahko niti rahlo nihali.
Samoumevno je, da se vsi toplotni pojavi v sistemu tudi ustavijo pod danimi pogoji. Planckov postulat govori o stanju navadnega kristala pri absolutni temperaturi nič.
Meritev motnje
Poznamo lahko notranjo energijo, prostornino in tlak različnih snovi. To pomeni, da imamo vse možnosti, da opišemo makrostanje tega sistema. Toda to ne pomeni, da je o mikrostanju neke snovi mogoče reči nekaj določenega. Če želite to narediti, morate vedeti vse o hitrosti in položaju v prostoru vsakega od delcev snovi. In njihovo število je impresivno ogromno. Hkrati so v normalnih pogojih molekule v stalnem gibanju, nenehno trčijo med seboj in se razpršijo v različne smeri, pri čemer vsak delček trenutka spreminjajo smer. In v njihovem vedenju prevladuje kaos.
Za določitev stopnje motnje v fiziki je bila uvedena posebna količina, imenovana entropija. Označuje stopnjo nepredvidljivosti sistema.
Entropija (S) je funkcija termodinamičnega stanja, ki služi kot merilomotnja (motnja) sistema. Možnost endotermnih procesov je posledica spremembe entropije, saj se v izoliranih sistemih entropija spontanega procesa poveča ΔS >0 (drugi zakon termodinamike).
Popolno strukturirano telo
Stopnja negotovosti je še posebej visoka pri plinih. Kot veste, nimajo oblike in volumna. Hkrati se lahko širijo v nedogled. Plinski delci so najbolj mobilni, zato sta njihova hitrost in lokacija najbolj nepredvidljivi.
Toga telesa so čisto druga stvar. V kristalni strukturi vsak od delcev zaseda določeno mesto in naredi le nekaj vibracij iz določene točke. Tukaj ni težko, če poznamo položaj enega atoma, določiti parametre vseh drugih. Pri absolutni ničli postane slika popolnoma očitna. To pravi tretji zakon termodinamike in Planckov postulat.
Če je takšno telo dvignjeno nad tlemi, bo pot gibanja vsake od molekul sistema sovpadala z vsemi drugimi, poleg tega bo vnaprej in zlahka določena. Ko telo, ki se sprosti, pade dol, se bodo indikatorji takoj spremenili. Ko bodo delci udarili ob tla, bodo pridobili kinetično energijo. To bo dalo zagon toplotnemu gibanju. To pomeni, da se bo temperatura dvignila, ki ne bo več nič. In takoj se bo pojavila entropija kot merilo neurejenosti kaotično delujočega sistema.
Funkcije
Vsaka nenadzorovana interakcija izzove povečanje entropije. V normalnih pogojih lahko ostane nespremenjen ali se poveča, ne pa zmanjša. V termodinamiki se izkaže, da je to posledica njenega drugega zakona, že omenjenega.
Standardne molarne entropije včasih imenujemo absolutne entropije. Niso entropijske spremembe, ki spremljajo nastanek spojine iz njenih prostih elementov. Upoštevati je treba tudi, da standardne molarne entropije prostih elementov (v obliki preprostih snovi) niso enake nič.
S pojavom Planckovega postulata se absolutna entropija lahko določi. Vendar pa je posledica te določbe tudi to, da v naravi ni mogoče doseči temperature nič po Kelvinu, ampak se ji le čim bolj približati.
Teoretično je Mihailu Lomonosovu uspelo napovedati obstoj temperaturnega minimuma. Sam je praktično dosegel zamrznitev živega srebra na -65 ° Celzija. Danes se z laserskim hlajenjem delci snovi spravijo skoraj v stanje absolutne ničle. Natančneje, do 10-9 stopinj na Kelvinovi lestvici. Čeprav je ta vrednost zanemarljiva, še vedno ni 0.
pomen
Zgornji postulat, ki ga je na začetku prejšnjega stoletja izoblikoval Planck, kot tudi kasnejša dela avtorja v tej smeri, so dali velik zagon razvoju teoretične fizike, kar je povzročilo znatno povečanje njenenapredek na številnih področjih. In pojavila se je celo nova znanost - kvantna mehanika.
Na podlagi Planckove teorije in Bohrovih postulatov je Albert Einstein čez nekaj časa, natančneje leta 1916, uspel opisati mikroskopske procese, ki nastanejo, ko se atomi premikajo v snoveh. Ves razvoj teh znanstvenikov so kasneje potrdili z ustvarjanjem laserjev, kvantnih generatorjev in ojačevalnikov ter drugih sodobnih naprav.
Max Planck
Ta znanstvenik je bil rojen aprila 1858. Planck se je rodil v nemškem mestu Kiel v družini slavnih vojakov, znanstvenikov, odvetnikov in cerkvenih voditeljev. Že v gimnaziji je pokazal izjemne sposobnosti v matematiki in drugih znanostih. Poleg natančnih disciplin je študiral glasbo, kjer je pokazal tudi svoje precejšnje talente.
Ko je vstopil na univerzo, se je odločil za študij teoretične fizike. Nato je delal v Münchnu. Tu je začel študirati termodinamiko in svoje delo predstavil znanstvenemu svetu. Leta 1887 je Planck nadaljeval svoje dejavnosti v Berlinu. To obdobje vključuje tako briljanten znanstveni dosežek, kot je kvantna hipoteza, katere globok pomen so ljudje lahko razumeli šele pozneje. Ta teorija je bila splošno priznana in je pridobila znanstveno zanimanje šele v začetku 20. stoletja. Toda zahvaljujoč njej je Planck pridobil široko priljubljenost in poveličal svoje ime.
