Табиғаттағы жылу процестерін термодинамика ғылымы зерттейді. Ол заттардың және заттардың молекулалық құрылымын, сондай-ақ уақыт факторын елемей, көлем, қысым, температура сияқты параметрлерді пайдалана отырып, барлық жүріп жатқан энергия түрлендірулерін сипаттайды. Бұл ғылым үш негізгі заңдылыққа негізделген. Олардың соңғысының бірнеше тұжырымдары бар. Қазіргі әлемде ең жиі қолданылатыны «Планк постулаты» атауын алған. Бұл заң оны шығарған және тұжырымдаған ғалымның атымен аталған. Бұл Макс Планк, неміс ғылыми әлемінің жарқын өкілі, өткен ғасырдың теориялық физигі.
Бірінші және екінші бастама
Планк постулатын тұжырымдамас бұрын алдымен термодинамиканың басқа екі заңымен қысқаша танысып алайық. Олардың біріншісі сыртқы әлемнен оқшауланған барлық жүйелерде энергияның толық сақталуын бекітеді. Оның салдары - сыртқы көзсіз жұмысты орындау мүмкіндігін жоққа шығару, демек, мәңгілік қозғалыс машинасын жасау,ол ұқсас жолмен жұмыс істейді (яғни, бірінші түрдегі VD).
Екінші заң барлық жүйелер термодинамикалық тепе-теңдікке ұмтылады, ал қыздырылған денелер жылуды суыққа береді, бірақ керісінше емес. Ал осы нысандар арасындағы температура теңестірілгеннен кейін барлық жылу процестері тоқтайды.
Планк постулаты
Жоғарыда айтылғандардың барлығы электрлік, магниттік, химиялық құбылыстарға, сондай-ақ ғарыш кеңістігінде болып жатқан процестерге қатысты. Бүгінгі таңда термодинамикалық заңдар ерекше маңызға ие. Қазірдің өзінде ғалымдар маңызды бағытта қарқынды жұмыс істеуде. Осы білімді пайдалана отырып, олар энергияның жаңа көздерін табуға ұмтылады.
Үшінші мәлімдеме өте төмен температурадағы физикалық денелердің әрекетіне қатысты. Алғашқы екі заң сияқты, ол ғаламның негізі туралы білім береді.
Планк постулатының тұжырымы келесідей:
Таза заттың абсолютті нөлдік температурадағы дұрыс түзілген кристалының энтропиясы нөлге тең.
Бұл ұстанымды әлемге автор 1911 жылы ұсынған. Ал сол күндері көп дау тудырды. Дегенмен, ғылымның кейінгі жетістіктері, сондай-ақ термодинамика және математикалық есептеулердің ережелерін іс жүзінде қолдану оның ақиқаттығын дәлелдеді.
Абсолютті температура нөл
Енді Планк постулатын негізге ала отырып, термодинамиканың үшінші заңының мәні неде екенін толығырақ түсіндірейік. Ал абсолютті нөл сияқты маңызды ұғымнан бастайық. Бұл физикалық әлемнің денелері ғана ие бола алатын ең төменгі температура. Бұл шектен төмен, табиғат заңдары бойынша, ол құлай алмайды.
Цельсий бойынша бұл мән -273,15 градус. Бірақ Кельвин шкаласы бойынша бұл белгі тек бастапқы нүкте болып саналады. Мұндай күйде кез келген заттың молекулаларының энергиясы нөлге тең болатыны дәлелденді. Олардың қозғалысы толығымен тоқтатылады. Кристалдық торда атомдар оның түйіндерінде айқын, өзгермейтін позицияны алады, тіпті аздап тербеле алмайды.
Жүйедегі барлық жылу құбылыстары да берілген шарттарда тоқтайтыны айтпаса да түсінікті. Планк постулаты қалыпты кристалдың абсолютті нөл температурадағы күйі туралы.
Бұзылу өлшемі
Біз әртүрлі заттардың ішкі энергиясын, көлемін және қысымын біле аламыз. Яғни, бұл жүйенің макрокүйін сипаттауға толық мүмкіндігіміз бар. Бірақ бұл қандай да бір заттың микрокүйі туралы белгілі бір нәрсе айтуға болады дегенді білдірмейді. Ол үшін материя бөлшектерінің әрқайсысының кеңістіктегі жылдамдығы мен орны туралы бәрін білу керек. Және олардың саны өте үлкен. Сонымен бірге қалыпты жағдайда молекулалар үздіксіз қозғалыста болады, бір-бірімен үнемі соқтығысады және әр сәт сайын бағытты өзгерте отырып, әртүрлі бағытта шашыраңқы болады. Ал олардың мінез-құлқында хаос басым.
Физикадағы тәртіпсіздік дәрежесін анықтау үшін энтропия деп аталатын ерекше шама енгізілді. Ол жүйенің болжамсыздық дәрежесін сипаттайды.
Энтропия (S) – өлшем ретінде қызмет ететін термодинамикалық күй функциясыжүйенің бұзылуы (бұзылуы). Эндотермиялық процестердің болу мүмкіндігі энтропияның өзгеруіне байланысты, өйткені оқшауланған жүйелерде өздігінен жүретін процестің энтропиясы ΔS >0 (термодинамиканың екінші заңы) артады.
Мінсіз құрылымды дене
Белгісіздік дәрежесі әсіресе газдарда жоғары. Өздеріңіз білетіндей, олардың пішіні мен көлемі жоқ. Сонымен бірге олар шексіз кеңейе алады. Газ бөлшектері ең қозғалмалы, сондықтан олардың жылдамдығы мен орналасуын болжау мүмкін емес.
Қатты денелер мүлдем басқа мәселе. Кристалл құрылымында бөлшектердің әрқайсысы белгілі бір нүктеден кейбір тербелістерді ғана жасай отырып, белгілі бір орынды алады. Мұнда бір атомның орнын біле отырып, барлық басқаларының параметрлерін анықтау қиын емес. Абсолютті нөлде сурет толығымен айқын болады. Термодинамиканың үшінші заңы мен Планк постулаты осылай дейді.
Егер мұндай дене жерден жоғары көтерілсе, жүйенің әрбір молекуласының қозғалыс траекториясы барлық басқаларымен сәйкес келеді, оның үстіне ол алдын ала және оңай анықталады. Дене босатылған кезде құлаған кезде көрсеткіштер дереу өзгереді. Жерге тиген кезде бөлшектер кинетикалық энергияға ие болады. Ол термиялық қозғалысқа серпін береді. Бұл температураның жоғарылауын білдіреді, ол енді нөлге тең болмайды. Хаотикалық жұмыс істейтін жүйенің бұзылуының өлшемі ретінде бірден энтропия пайда болады.
Мүмкіндіктер
Кез келген бақыланбайтын әрекеттесу энтропияның артуына себепші болады. Қалыпты жағдайда ол тұрақты болып қалуы немесе жоғарылауы мүмкін, бірақ төмендемейді. Термодинамикада бұл оның жоғарыда айтылған екінші заңының салдары болып шықты.
Стандартты молярлық энтропиялар кейде абсолютті энтропиялар деп аталады. Олар оның бос элементтерінен қосылыстың түзілуімен жүретін энтропиялық өзгерістер емес. Сонымен қатар бос элементтердің (қарапайым заттар түріндегі) стандартты молярлық энтропиялары нөлге тең емес екенін ескерген жөн.
Планк постулатының пайда болуымен абсолютті энтропияны анықтау мүмкіндігі пайда болды. Алайда, бұл ереженің салдары табиғатта Кельвин бойынша нөлдік температураға жету мүмкін емес, тек оған барынша жақындау керек.
Теориялық тұрғыдан Михаил Ломоносов минимум температураның болуын болжай алды. Оның өзі іс жүзінде сынапты -65 ° Цельсийге дейін мұздатуға қол жеткізді. Бүгінгі күні лазерлік салқындату арқылы заттардың бөлшектері абсолютті нөлдік жағдайға дерлік жеткізіледі. Дәлірек айтқанда, Кельвин шкаласы бойынша 10-9 градусқа дейін. Дегенмен, бұл мән шамалы болса да, ол әлі 0 емес.
Мағынасы
Өткен ғасырдың басында Планк тұжырымдаған жоғарыдағы постулат, сондай-ақ автордың осы бағыттағы кейінгі еңбектері теориялық физиканың дамуына орасан зор серпін берді, нәтижесінде оның айтарлықтай өсуіне әкелді.көптеген салаларда ілгерілеушілік. Тіпті жаңа ғылым пайда болды - кванттық механика.
Планк теориясы мен Бор постулаттарына сүйене отырып, біраз уақыттан кейін, дәлірек айтсақ 1916 жылы Альберт Эйнштейн заттарда атомдар қозғалғанда болатын микроскопиялық процестерді сипаттай алды. Бұл ғалымдардың барлық әзірлемелері кейінірек лазерлердің, кванттық генераторлардың және күшейткіштердің, сондай-ақ басқа заманауи құрылғылардың жасалуымен расталды.
Макс Планк
Бұл ғалым 1858 жылы сәуірде дүниеге келген. Планк Германияның Киль қаласында атақты әскерилер, ғалымдар, заңгерлер және шіркеу жетекшілерінің отбасында дүниеге келген. Гимназияның өзінде математика және басқа ғылымдар бойынша керемет қабілеттерін көрсетті. Нақты пәндерден басқа, ол музыканы оқыды, онда ол өзінің айтарлықтай таланттарын көрсетті.
Университетке түскенде теориялық физиканы таңдады. Содан кейін Мюнхенде жұмыс істеді. Мұнда ол өз жұмысын ғылыми әлемге ұсынып, термодинамикамен айналыса бастады. 1887 жылы Планк Берлинде қызметін жалғастырды. Бұл кезең кванттық гипотеза сияқты тамаша ғылыми жетістікті қамтиды, оның терең мағынасын адамдар кейінірек түсіне алды. Бұл теория 20 ғасырдың басында ғана кеңінен танылып, ғылыми қызығушылық тудырды. Бірақ оның арқасында Планк кең танымалдыққа ие болды және оның есімін дәріптеді.
