Thermische processen in de natuur worden bestudeerd door de wetenschap van de thermodynamica. Het beschrijft alle lopende energietransformaties met behulp van parameters als volume, druk, temperatuur, het negeren van de moleculaire structuur van stoffen en objecten, evenals de tijdsfactor. Deze wetenschap is gebaseerd op drie basiswetten. De laatste van hen heeft verschillende formuleringen. De meest gebruikte in de moderne wereld is degene die de naam "Planck's postulaat" heeft gekregen. Deze wet is genoemd naar de wetenschapper die haar heeft afgeleid en geformuleerd. Dit is Max Planck, een slimme vertegenwoordiger van de Duitse wetenschappelijke wereld, een theoretisch fysicus van de vorige eeuw.
Eerste en tweede begin
Laten we, voordat we Plancks postulaat formuleren, eerst kort kennis maken met twee andere wetten van de thermodynamica. De eerste stelt het volledige behoud van energie in alle systemen die van de buitenwereld zijn geïsoleerd. Het gevolg is de ontkenning van de mogelijkheid om werk te doen zonder een externe bron, en dus de creatie van een perpetuum mobile,die op een vergelijkbare manier zou werken (d.w.z. een VD van de eerste soort).
De tweede wet zegt dat alle systemen neigen naar thermodynamisch evenwicht, terwijl verwarmde lichamen warmte overdragen aan koudere, maar niet omgekeerd. En na egalisatie van de temperaturen tussen deze objecten stoppen alle thermische processen.
Plancks postulaat
Al het bovenstaande is van toepassing op elektrische, magnetische, chemische verschijnselen, evenals op processen die in de ruimte plaatsvinden. Tegenwoordig zijn thermodynamische wetten van bijzonder belang. Wetenschappers werken nu al intensief aan een belangrijke richting. Met deze kennis gaan ze op zoek naar nieuwe energiebronnen.
De derde stelling betreft het gedrag van fysieke lichamen bij extreem lage temperaturen. Net als de eerste twee wetten, geeft het kennis over de basis van het universum.
De formulering van Plancks postulaat is als volgt:
De entropie van een correct gevormd kristal van een zuivere stof bij absolute nultemperaturen is nul.
Deze positie werd in 1911 door de auteur aan de wereld gepresenteerd. En dat zorgde in die tijd voor veel controverse. Latere wetenschappelijke prestaties, evenals de praktische toepassing van de bepalingen van de thermodynamica en wiskundige berekeningen, hebben echter hun waarheid bewezen.
Absolute temperatuur nul
Laten we nu in meer detail uitleggen wat de betekenis is van de derde wet van de thermodynamica, gebaseerd op het postulaat van Planck. En laten we beginnen met zo'n belangrijk concept als het absolute nulpunt. Dit is de laagste temperatuur die de lichamen van de fysieke wereld alleen kunnen hebben. Onder deze limiet kan het volgens de natuurwetten niet vallen.
In Celsius is deze waarde -273,15 graden. Maar op de Kelvin-schaal wordt dit merkteken slechts als het startpunt beschouwd. Het is bewezen dat in een dergelijke toestand de energie van de moleculen van elke stof nul is. Hun beweging wordt volledig gestopt. In een kristalrooster nemen atomen een duidelijke, onveranderlijke positie in in hun knopen, zonder zelfs maar een klein beetje te kunnen fluctueren.
Het spreekt voor zich dat alle thermische fenomenen in het systeem ook stoppen onder bepaalde omstandigheden. Het postulaat van Planck gaat over de toestand van een regelmatig kristal bij absolute temperatuur nul.
Maat van wanorde
We kunnen de interne energie, het volume en de druk van verschillende stoffen kennen. Dat wil zeggen, we hebben alle kans om de macrotoestand van dit systeem te beschrijven. Maar dit betekent niet dat het mogelijk is om iets definitiefs te zeggen over de microtoestand van een stof. Om dit te doen, moet je alles weten over de snelheid en positie in de ruimte van elk van de materiedeeltjes. En hun aantal is indrukwekkend groot. Tegelijkertijd zijn de moleculen onder normale omstandigheden constant in beweging, botsen ze constant met elkaar en verspreiden ze zich in verschillende richtingen, waarbij ze elke fractie van een moment van richting veranderen. En hun gedrag wordt gedomineerd door chaos.
Om de mate van wanorde in de natuurkunde te bepalen, is een speciale grootheid geïntroduceerd die entropie wordt genoemd. Het kenmerkt de mate van onvoorspelbaarheid van het systeem.
Entropie (S) is een thermodynamische toestandsfunctie die als maat dientstoornis (stoornis) van het systeem. De mogelijkheid van endotherme processen is te wijten aan een verandering in entropie, omdat in geïsoleerde systemen de entropie van een spontaan proces toeneemt met ΔS >0 (de tweede wet van de thermodynamica).
Perfect gestructureerd lichaam
De mate van onzekerheid is vooral hoog in gassen. Zoals je weet, hebben ze geen vorm en volume. Tegelijkertijd kunnen ze onbeperkt uitbreiden. Gasdeeltjes zijn het meest mobiel, daarom is hun snelheid en locatie het meest onvoorspelbaar.
Stijve lichamen zijn een heel andere zaak. In de kristalstructuur neemt elk van de deeltjes een bepaalde plaats in en maakt slechts enkele trillingen vanaf een bepaald punt. Hier is het niet moeilijk, als je de positie van één atoom kent, om de parameters van alle andere te bepalen. Bij het absolute nulpunt wordt het beeld volkomen duidelijk. Dit is wat de derde wet van de thermodynamica en het postulaat van Planck zegt.
Als zo'n lichaam boven de grond wordt geheven, zal het bewegingstraject van elk van de moleculen van het systeem samenvallen met alle andere, bovendien zal het van tevoren en gemakkelijk worden bepaald. Wanneer het lichaam, wanneer het wordt losgelaten, naar beneden v alt, zullen de indicatoren onmiddellijk veranderen. Door de grond te raken, krijgen de deeltjes kinetische energie. Het zal een impuls geven aan de thermische beweging. Dit betekent dat de temperatuur zal stijgen, die niet meer nul zal zijn. En onmiddellijk zal er entropie ontstaan, als maat voor de wanorde van een chaotisch functionerend systeem.
Kenmerken
Elke ongecontroleerde interactie veroorzaakt een toename van entropie. Onder normale omstandigheden kan het constant blijven of toenemen, maar niet afnemen. In de thermodynamica blijkt dit een gevolg te zijn van zijn tweede wet, die al eerder is genoemd.
Standaard molaire entropieën worden soms absolute entropieën genoemd. Het zijn geen entropieveranderingen die gepaard gaan met de vorming van een verbinding uit zijn vrije elementen. Er moet ook worden opgemerkt dat de standaard molaire entropieën van vrije elementen (in de vorm van eenvoudige stoffen) niet gelijk zijn aan nul.
Met de komst van Plancks postulaat heeft de absolute entropie een kans om te worden bepaald. Een consequentie van deze bepaling is echter ook dat het in de natuur niet mogelijk is om de temperatuur nul volgens Kelvin te bereiken, maar alleen om er zo dicht mogelijk bij te komen.
Theoretisch slaagde Mikhail Lomonosov erin om het bestaan van een temperatuurminimum te voorspellen. Hij bereikte zelf praktisch het bevriezen van kwik tot -65 ° Celsius. Tegenwoordig worden de deeltjes van stoffen door middel van laserkoeling bijna tot het absolute nulpunt gebracht. Om precies te zijn, tot 10-9 graden op de Kelvin-schaal. Hoewel deze waarde verwaarloosbaar is, is deze nog steeds niet 0.
Betekenis
Het bovenstaande postulaat, geformuleerd aan het begin van de vorige eeuw door Planck, evenals de daaropvolgende werken in deze richting door de auteur, gaven een enorme impuls aan de ontwikkeling van de theoretische fysica, wat resulteerde in een aanzienlijke toename van zijnvooruitgang op veel gebieden. En er ontstond zelfs een nieuwe wetenschap - kwantummechanica.
Op basis van de theorie van Planck en de postulaten van Bohr kon Albert Einstein na enige tijd, meer bepaald in 1916, de microscopische processen beschrijven die optreden wanneer atomen in stoffen bewegen. Alle ontwikkelingen van deze wetenschappers werden later bevestigd door de creatie van lasers, kwantumgeneratoren en versterkers, evenals andere moderne apparaten.
Max Planck
Deze wetenschapper werd in april 1858 geboren. Planck werd geboren in de Duitse stad Kiel in een familie van beroemde militairen, wetenschappers, advocaten en kerkleiders. Zelfs in het gymnasium toonde hij opmerkelijke vaardigheden in wiskunde en andere wetenschappen. Naast exacte disciplines studeerde hij muziek, waar hij ook zijn grote talenten liet zien.
Toen hij naar de universiteit ging, koos hij ervoor om theoretische natuurkunde te studeren. Daarna werkte hij in München. Hier begon hij thermodynamica te studeren en presenteerde hij zijn werk aan de wetenschappelijke wereld. In 1887 zette Planck zijn activiteiten in Berlijn voort. Deze periode omvat zo'n briljante wetenschappelijke prestatie als de kwantumhypothese, waarvan mensen de diepe betekenis pas later konden begrijpen. Deze theorie werd algemeen erkend en kreeg pas aan het begin van de 20e eeuw wetenschappelijke belangstelling. Maar het was dankzij haar dat Planck enorm populair werd en zijn naam verheerlijkte.
