Термичните процеси в природата се изучават от науката термодинамика. Той описва всички текущи енергийни трансформации, като използва параметри като обем, налягане, температура, игнорирайки молекулярната структура на веществата и обектите, както и фактора време. Тази наука се основава на три основни закона. Последният от тях има няколко формулировки. Най-често използваният в съвременния свят е този, който получи името "постулат на Планк". Този закон е кръстен на учения, който го е извел и формулира. Това е Макс Планк, ярък представител на немския научен свят, физик-теоретик от миналия век.
Първо и второ начало
Преди да формулираме постулата на Планк, нека първо се запознаем накратко с два други закона на термодинамиката. Първият от тях утвърждава пълното запазване на енергията във всички системи, изолирани от външния свят. Неговото последствие е отричането на възможността за извършване на работа без външен източник, а оттам и създаването на вечен двигател,който би работил по подобен начин (т.е. VD от първия вид).
Вторият закон казва, че всички системи са склонни към термодинамично равновесие, докато нагрятите тела предават топлина на по-студените, но не и обратното. И след изравняване на температурите между тези обекти, всички термични процеси спират.
Постулат на Планк
Всичко по-горе се отнася за електрически, магнитни, химически явления, както и процеси, протичащи в космическото пространство. Днес термодинамичните закони са от особено значение. Вече учените работят интензивно във важна посока. Използвайки това знание, те се стремят да намерят нови източници на енергия.
Третото твърдение се отнася до поведението на физическите тела при изключително ниски температури. Подобно на първите два закона, той дава знания за основата на Вселената.
Формулирането на постулата на Планк е както следва:
Ентропията на правилно оформен кристал от чисто вещество при абсолютна нулева температура е нула.
Тази позиция е представена на света от автора през 1911 г. И в онези дни предизвика много спорове. Но последващите постижения на науката, както и практическото приложение на разпоредбите на термодинамиката и математическите изчисления, доказаха нейната истинност.
Абсолютна температура нула
Сега нека обясним по-подробно какво е значението на третия закон на термодинамиката, базиран на постулата на Планк. И нека започнем с такова важно понятие като абсолютната нула. Това е най-ниската температура, която могат да имат само телата на физическия свят. Под тази граница, според законите на природата, тя не може да падне.
В Целзий тази стойност е -273,15 градуса. Но по скалата на Келвин този знак се счита просто за отправна точка. Доказано е, че в такова състояние енергията на молекулите на всяко вещество е нула. Движението им е напълно спряно. В кристалната решетка атомите заемат ясна, непроменена позиция в нейните възли, без да могат да се колебаят дори леко.
Разбира се, че всички топлинни явления в системата също спират при дадени условия. Постулатът на Планк е за състоянието на обикновен кристал при абсолютна нула температура.
Мярка за разстройство
Можем да знаем вътрешната енергия, обема и налягането на различни вещества. Тоест имаме всички шансове да опишем макросъстоянието на тази система. Но това не означава, че е възможно да се каже нещо определено за микросъстоянието на дадено вещество. За да направите това, трябва да знаете всичко за скоростта и положението в пространството на всяка от частиците на материята. И техният брой е впечатляващо огромен. В същото време при нормални условия молекулите са в постоянно движение, постоянно се сблъскват една с друга и се разпръскват в различни посоки, променяйки посоката на всяка част от момента. И тяхното поведение е доминирано от хаос.
За да се определи степента на разстройство във физиката, е въведено специално количество, наречено ентропия. Той характеризира степента на непредвидимост на системата.
Ентропията (S) е функция на термодинамично състояние, която служи като мяркаразстройство (разстройство) на системата. Възможността за ендотермични процеси се дължи на промяна в ентропията, тъй като в изолирани системи ентропията на спонтанен процес нараства ΔS >0 (вторият закон на термодинамиката).
Перфектно структурирано тяло
Степента на несигурност е особено висока при газовете. Както знаете, те нямат форма и обем. В същото време те могат да се разширяват за неопределено време. Газовите частици са най-подвижни, следователно тяхната скорост и местоположение са най-непредвидими.
Твърдите тела са съвсем друг въпрос. В кристалната структура всяка от частиците заема определено място, като прави само някои вибрации от определена точка. Тук не е трудно, знаейки позицията на един атом, да се определят параметрите на всички останали. При абсолютна нула картината става напълно очевидна. Това казва третият закон на термодинамиката и постулата на Планк.
Ако такова тяло се издигне над земята, траекторията на движение на всяка от молекулите на системата ще съвпада с всички останали, освен това ще бъде предварително и лесно определяема. Когато тялото, освободено, падне, индикаторите незабавно ще се променят. От удара на земята частиците ще придобият кинетична енергия. Това ще даде тласък на термичното движение. Това означава, че температурата ще се повиши, която вече няма да е нула. И веднага ще възникне ентропията като мярка за разстройството на една хаотично функционираща система.
Функции
Всяко неконтролирано взаимодействие провокира увеличаване на ентропията. При нормални условия той може или да остане постоянен, или да се увеличи, но не и да намалява. В термодинамиката това се оказва следствие от втория й закон, вече споменат по-рано.
Стандартните моларни ентропии понякога се наричат абсолютни ентропии. Те не са ентропийни промени, които съпътстват образуването на съединение от неговите свободни елементи. Трябва също да се отбележи, че стандартните моларни ентропии на свободните елементи (под формата на прости вещества) не са равни на нула.
С появата на постулата на Планк абсолютната ентропия има шанс да бъде определена. Последствие от тази разпоредба обаче е също така, че в природата не е възможно да се достигне температурата нула по Келвин, а само да се приближи възможно най-близо до нея.
Теоретично Михаил Ломоносов успя да предвиди съществуването на температурен минимум. Самият той практически постигна замръзване на живака до -65 ° по Целзий. Днес с помощта на лазерно охлаждане частиците на веществата се довеждат почти до абсолютната нула. По-точно, до 10-9 градуса по скалата на Келвин. Въпреки това, въпреки че тази стойност е незначителна, тя все още не е 0.
Значение
Горещият постулат, формулиран в началото на миналия век от Планк, както и последвалите работи в тази посока на автора, дадоха огромен тласък на развитието на теоретичната физика, което доведе до значително увеличаване на нейнатанапредък в много области. И дори се появи нова наука - квантовата механика.
Въз основа на теорията на Планк и постулатите на Бор, след известно време, по-точно през 1916 г., Алберт Айнщайн успява да опише микроскопичните процеси, които възникват, когато атомите се движат в вещества. Всички разработки на тези учени по-късно бяха потвърдени от създаването на лазери, квантови генератори и усилватели, както и други съвременни устройства.
Макс Планк
Този учен е роден през 1858 г. през април. Планк е роден в германския град Кил в семейство на известни военни, учени, адвокати и църковни водачи. Още в гимназията той показа забележителни способности по математика и други науки. В допълнение към точните дисциплини, той изучава музика, където показва и значителните си таланти.
Когато влезе в университета, той избра да учи теоретична физика. След това работи в Мюнхен. Тук той започва да изучава термодинамика, представяйки работата си на научния свят. През 1887 г. Планк продължава дейността си в Берлин. Този период включва такова блестящо научно постижение като квантовата хипотеза, чийто дълбок смисъл хората успяха да разберат едва по-късно. Тази теория беше широко призната и спечели научен интерес едва в началото на 20-ти век. Но именно благодарение на нея Планк придоби широка популярност и прослави името си.
