A természetben zajló hőfolyamatokat a termodinamika tudománya vizsgálja. Leírja az összes folyamatban lévő energiaátalakítást olyan paraméterek használatával, mint a térfogat, nyomás, hőmérséklet, figyelmen kívül hagyva az anyagok és tárgyak molekuláris szerkezetét, valamint az időtényezőt. Ez a tudomány három alaptörvényen alapul. Közülük az utolsónak többféle összetétele van. A modern világban leggyakrabban használt az, amely a "Planck posztulátum" nevet kapta. Ez a törvény a tudósról kapta a nevét, aki levezette és megfogalmazta. Ez Max Planck, a német tudományos világ fényes képviselője, a múlt század elméleti fizikusa.
Első és második kezdet
Mielőtt megfogalmazzuk Planck posztulátumát, először ismerkedjünk meg röviden a termodinamika két másik törvényével. Ezek közül az első az energia teljes megőrzését állítja minden, a külvilágtól elszigetelt rendszerben. Következménye a külső forrás nélküli munkavégzés lehetőségének megtagadása, és ezáltal egy örökmozgó létrejötte,amely hasonló módon működne (azaz az első típusú VD).
A második törvény szerint minden rendszer hajlamos a termodinamikai egyensúlyra, míg a felhevült testek hőt adnak át a hidegebbeknek, de fordítva nem. És miután ezen objektumok között kiegyenlítődik a hőmérséklet, minden hőfolyamat leáll.
Planck posztulátuma
A fentiek mindegyike vonatkozik az elektromos, mágneses, kémiai jelenségekre, valamint a világűrben lezajló folyamatokra. Napjainkban a termodinamikai törvények különösen fontosak. A tudósok már most is intenzíven dolgoznak egy fontos irányba. Ezt a tudást felhasználva igyekeznek új energiaforrásokat találni.
A harmadik állítás a fizikai testek viselkedésére vonatkozik rendkívül alacsony hőmérsékleten. Az első két törvényhez hasonlóan ez is ismereteket ad a világegyetem alapjáról.
Planck posztulátumának megfogalmazása a következő:
A tiszta anyag megfelelően kialakított kristályának entrópiája abszolút nulla hőmérsékleten nulla.
Ezt az álláspontot a szerző 1911-ben mutatta be a világnak. És akkoriban sok vitát váltott ki. A tudomány későbbi eredményei, valamint a termodinamika és a matematikai számítások gyakorlati alkalmazása azonban beigazolódott.
Abszolút hőmérséklet nulla
Most magyarázzuk el részletesebben, mit is jelent a termodinamika harmadik főtétele, Planck posztulátuma alapján. És kezdjük egy olyan fontos fogalommal, mint az abszolút nulla. Ez a legalacsonyabb hőmérséklet, amely a fizikai világ testeinek csak lehet. E határ alá a természet törvényei szerint nem eshet.
Celsiusban ez az érték -273,15 fok. De a Kelvin-skálán ez a jel csak a kiindulási pontnak tekinthető. Bizonyított, hogy ilyen állapotban bármely anyag molekulájának energiája nulla. Mozgásuk teljesen leállt. A kristályrácsban az atomok tiszta, változatlan pozíciót foglalnak el annak csomópontjaiban, anélkül, hogy akár kismértékben is ingadozhatnának.
Magától értetődő, hogy adott körülmények között a rendszerben minden hőjelenség is megáll. Planck posztulátuma egy szabályos kristály állapotáról szól abszolút nulla hőmérsékleten.
A rendellenesség mértéke
Ismerhetjük különféle anyagok belső energiáját, térfogatát és nyomását. Vagyis minden esélyünk megvan arra, hogy leírjuk ennek a rendszernek a makroállapotát. De ez nem jelenti azt, hogy valami határozottat lehetne mondani valamely anyag mikroállapotáról. Ehhez mindent tudnia kell az egyes anyagrészecskék sebességéről és térbeli helyzetéről. Számuk pedig lenyűgözően hatalmas. Ugyanakkor normál körülmények között a molekulák állandó mozgásban vannak, folyamatosan ütköznek egymással és különböző irányokba szóródnak, a pillanat töredékénként változtatva az irányt. És viselkedésüket a káosz uralja.
A fizikában a rendezetlenség mértékének meghatározására egy speciális mennyiséget vezettek be, az úgynevezett entrópiát. A rendszer kiszámíthatatlanságának mértékét jellemzi.
Az entrópia (S) egy termodinamikai állapotfüggvény, amely mértékként szolgála rendszer zavara (rendellenessége). Az endoterm folyamatok lehetősége az entrópia változásának köszönhető, mivel izolált rendszerekben a spontán folyamat entrópiája megnő ΔS >0 (a termodinamika második főtétele).
Tökéletesen felépített test
A bizonytalanság mértéke különösen magas a gázoknál. Mint tudják, nincs formájuk és térfogatuk. Ugyanakkor korlátlanul terjeszkedhetnek. A gázrészecskék a legmobilabbak, ezért sebességük és elhelyezkedésük a legkiszámíthatatlanabb.
A merev test egészen más kérdés. A kristályszerkezetben a részecskék mindegyike egy bizonyos helyet foglal el, és egy bizonyos pontból csak néhány rezgést kelt. Itt nem nehéz egy atom helyzetének ismeretében meghatározni az összes többi paraméterét. Az abszolút nullánál teljesen nyilvánvalóvá válik a kép. Ezt mondja a termodinamika harmadik főtétele és Planck posztulátuma.
Ha egy ilyen testet a talaj fölé emelünk, akkor a rendszer egyes molekuláinak mozgási pályája egybeesik az összes többi molekulával, ráadásul előre és könnyen meghatározható lesz. Amikor a test elengedve leesik, a mutatók azonnal megváltoznak. A földet érve a részecskék kinetikus energiát kapnak. Ez lendületet ad a hőmozgásnak. Ez azt jelenti, hogy a hőmérséklet emelkedni fog, ami már nem lesz nulla. És azonnal megjelenik az entrópia, mint a kaotikusan működő rendszer rendezetlenségének mértéke.
Jellemzők
Minden ellenőrizetlen interakció az entrópia növekedését idézi elő. Normál körülmények között vagy állandó maradhat, vagy növekedhet, de nem csökkenhet. A termodinamikában ez a már korábban említett második törvényének a következménye.
A szabványos moláris entrópiákat néha abszolút entrópiáknak is nevezik. Ezek nem entrópiaváltozások, amelyek egy vegyület szabad elemeiből való képződését kísérik. Azt is meg kell jegyezni, hogy a szabad elemek standard moláris entrópiája (egyszerű anyagok formájában) nem egyenlő nullával.
Planck posztulátumának megjelenésével esély nyílik az abszolút entrópia meghatározására. Ennek a rendelkezésnek azonban az is következménye, hogy a természetben a Kelvin szerinti nulla hőmérsékletet nem lehet elérni, hanem csak a lehető legközelebb lehet hozzá.
Elméletileg Mihail Lomonoszovnak sikerült megjósolnia egy hőmérsékleti minimum létezését. Ő maga gyakorlatilag elérte a higany lefagyását -65 °C-ra. Ma lézeres hűtéssel az anyagok részecskéit szinte az abszolút nulla állapotba hozzák. Pontosabban 10-9 fokig a Kelvin-skálán. Bár ez az érték elhanyagolható, még mindig nem 0.
Jelentés
A Planck által a múlt század elején megfogalmazott fenti posztulátum, valamint a szerző későbbi ilyen irányú munkái hatalmas lendületet adtak az elméleti fizika fejlődésének, aminek következtében jelentősen megnőtt az elméleti fizika fejlődése.sok területen haladnak előre. És még egy új tudomány is megjelent – a kvantummechanika.
Planck elmélete és Bohr posztulátumai alapján Albert Einstein egy idő után, pontosabban 1916-ban le tudta írni azokat a mikroszkopikus folyamatokat, amelyek az atomok anyagokban való mozgása során következnek be. Ezeknek a tudósoknak az összes fejlesztését később lézerek, kvantumgenerátorok és erősítők, valamint más modern eszközök létrehozása is megerősítette.
Max Planck
Ez a tudós 1858-ban született áprilisban. Planck a németországi Kiel városában született híres katonaemberek, tudósok, jogászok és egyházi vezetők családjában. Már a gimnáziumban is figyelemre méltó képességeket mutatott a matematikában és más tudományokban. Az egzakt tudományok mellett zenét tanult, ahol jelentős tehetségét is megmutatta.
Amikor belépett az egyetemre, úgy döntött, hogy elméleti fizikát tanul. Aztán Münchenben dolgozott. Itt kezdett termodinamikával foglalkozni, bemutatva munkáit a tudományos világnak. 1887-ben Planck Berlinben folytatta tevékenységét. Ez az időszak egy olyan ragyogó tudományos eredményt foglal magában, mint a kvantumhipotézis, amelynek mély értelmét az emberek csak később tudták megérteni. Ezt az elméletet széles körben elismerték, és csak a 20. század elején váltott ki tudományos érdeklődést. De neki köszönhető, hogy Planck nagy népszerűségre tett szert, és dicsőítette nevét.
