Termičke procese u prirodi proučava nauka termodinamike. Opisuje sve tekuće energetske transformacije koristeći parametre kao što su zapremina, pritisak, temperatura, zanemarujući molekularnu strukturu supstanci i objekata, kao i faktor vremena. Ova nauka se zasniva na tri osnovna zakona. Posljednji od njih ima nekoliko formulacija. U modernom svijetu najčešće se koristi onaj koji je dobio naziv "Planckov postulat". Ovaj zakon je dobio ime po naučniku koji ga je izveo i formulisao. Ovo je Max Planck, sjajni predstavnik njemačkog naučnog svijeta, teorijski fizičar prošlog stoljeća.
Prvi i drugi početak
Pre nego što formulišemo Planckov postulat hajde da se prvo ukratko upoznamo sa još dva zakona termodinamike. Prvi od njih potvrđuje potpuno očuvanje energije u svim sistemima izolovanim od vanjskog svijeta. Njegova posljedica je uskraćivanje mogućnosti obavljanja posla bez vanjskog izvora, a samim tim i stvaranje perpetualnog motora,koji bi radio na sličan način (tj. VD prve vrste).
Drugi zakon kaže da svi sistemi teže termodinamičkoj ravnoteži, dok zagrejana tela prenose toplotu na hladnija, ali ne i obrnuto. A nakon izjednačavanja temperatura između ovih objekata, svi termički procesi se zaustavljaju.
Planckov postulat
Sve gore navedeno se odnosi na električne, magnetne, hemijske fenomene, kao i na procese koji se dešavaju u svemiru. Danas su termodinamički zakoni od posebne važnosti. Naučnici već intenzivno rade u važnom pravcu. Koristeći ovo znanje, oni traže nove izvore energije.
Treća izjava se odnosi na ponašanje fizičkih tijela na ekstremno niskim temperaturama. Kao i prva dva zakona, on daje znanje o osnovi univerzuma.
Formulacija Planckovog postulata je sljedeća:
Entropija pravilno formiranog kristala čiste supstance na temperaturi apsolutne nule je nula.
Ovu poziciju je autor predstavio svijetu 1911. godine. I tih dana izazvalo je mnogo kontroverzi. Međutim, kasnija dostignuća nauke, kao i praktična primena odredbi termodinamike i matematičkih proračuna, dokazala su njenu istinitost.
Apsolutna temperatura nula
Sada objasnimo detaljnije šta je značenje trećeg zakona termodinamike, zasnovanog na Planckovom postulatu. I počnimo s tako važnim konceptom kao što je apsolutna nula. Ovo je najniža temperatura koju samo tijela fizičkog svijeta mogu imati. Ispod ove granice, prema zakonima prirode, ne može pasti.
U Celzijusima, ova vrijednost je -273,15 stepeni. Ali na Kelvinovoj skali, ova oznaka se smatra samo početnom tačkom. Dokazano je da je u takvom stanju energija molekula bilo koje tvari nula. Njihovo kretanje je potpuno zaustavljeno. U kristalnoj rešetki, atomi zauzimaju jasnu, nepromjenjivu poziciju u njenim čvorovima, bez mogućnosti da čak i neznatno fluktuiraju.
Podrazumeva se da sve termičke pojave u sistemu takođe prestaju pod datim uslovima. Plankov postulat se odnosi na stanje pravilnog kristala na apsolutnoj temperaturi nula.
Mjera poremećaja
Možemo znati unutrašnju energiju, zapreminu i pritisak različitih supstanci. Odnosno, imamo sve šanse da opišemo makrostanje ovog sistema. Ali to ne znači da je moguće reći nešto određeno o mikrostanju neke supstance. Da biste to učinili, morate znati sve o brzini i položaju u prostoru svake od čestica materije. A njihov broj je impresivno ogroman. U isto vrijeme, u normalnim uvjetima, molekuli su u stalnom kretanju, stalno se sudaraju jedni s drugima i rasipaju se u različitim smjerovima, mijenjajući smjer svaki djelić trenutka. A njihovim ponašanjem dominira haos.
Da bi se odredio stepen poremećaja u fizici, uvedena je posebna veličina koja se zove entropija. Karakteriše stepen nepredvidivosti sistema.
Entropija (S) je funkcija termodinamičkog stanja koja služi kao mjeraporemećaj (poremećaj) sistema. Mogućnost endotermnih procesa je zbog promene entropije, jer u izolovanim sistemima entropija spontanog procesa raste ΔS >0 (drugi zakon termodinamike).
Savršeno strukturirano tijelo
Stepen neizvjesnosti je posebno visok u plinovima. Kao što znate, nemaju oblik i volumen. Istovremeno se mogu širiti neograničeno. Čestice plina su najpokretnije, stoga je njihova brzina i lokacija najnepredvidiviji.
Kruta tijela su sasvim druga stvar. U kristalnoj strukturi svaka od čestica zauzima određeno mjesto, praveći samo neke vibracije iz određene tačke. Ovdje nije teško, znajući položaj jednog atoma, odrediti parametre svih ostalih. Na apsolutnoj nuli, slika postaje potpuno očigledna. Ovo kaže treći zakon termodinamike i Plankov postulat.
Ako se takvo tijelo podigne iznad tla, putanja kretanja svakog od molekula sistema će se poklopiti sa svim ostalima, štaviše, biće unaprijed i lako određena. Kada tijelo, nakon oslobađanja, padne, indikatori će se odmah promijeniti. Od udaranja o tlo, čestice će dobiti kinetičku energiju. To će dati poticaj termičkom kretanju. To znači da će se temperatura povećati, koja više neće biti nula. I odmah će se pojaviti entropija, kao mjera poremećaja haotično funkcionalnog sistema.
Karakteristike
Svaka nekontrolirana interakcija izaziva povećanje entropije. U normalnim uslovima, može ili ostati konstantan ili se povećati, ali ne i smanjiti. U termodinamici se ispostavlja da je to posljedica njenog drugog zakona, već spomenutog ranije.
Standardne molarne entropije se ponekad nazivaju apsolutnim entropijama. To nisu promjene entropije koje prate nastanak spoja iz njegovih slobodnih elemenata. Također treba napomenuti da standardne molarne entropije slobodnih elemenata (u obliku jednostavnih supstanci) nisu jednake nuli.
Sa pojavom Planckovog postulata, apsolutna entropija ima priliku da se odredi. Međutim, posljedica ove odredbe je i to da u prirodi nije moguće dostići temperaturu nule po Kelvinu, već samo da joj se što više približi.
Teoretski, Mihail Lomonosov je uspeo da predvidi postojanje temperaturnog minimuma. On je sam praktički postigao zamrzavanje žive na -65°C. Danas se pomoću laserskog hlađenja čestice tvari dovode gotovo u stanje apsolutne nule. Tačnije, do 10-9 stepeni na Kelvinovoj skali. Međutim, iako je ova vrijednost zanemarljiva, ona još uvijek nije 0.
Značenje
Navedeni postulat, koji je početkom prošlog veka formulisao Planck, kao i kasniji radovi autora u ovom pravcu, dali su ogroman podsticaj razvoju teorijske fizike, što je rezultiralo značajnim povećanjem njenognapredak u mnogim oblastima. Čak se pojavila i nova nauka - kvantna mehanika.
Zasnovano na Planckovoj teoriji i Borovim postulatima, nakon nekog vremena, tačnije 1916. godine, Albert Ajnštajn je bio u stanju da opiše mikroskopske procese koji se dešavaju kada se atomi kreću u supstancama. Sav razvoj ovih naučnika kasnije je potvrđen stvaranjem lasera, kvantnih generatora i pojačala, kao i drugih savremenih uređaja.
Max Planck
Ovaj naučnik je rođen 1858. godine u aprilu. Planck je rođen u njemačkom gradu Kielu u porodici poznatih vojnih ljudi, naučnika, advokata i crkvenih vođa. Još u gimnaziji je pokazao izuzetne sposobnosti u matematici i drugim naukama. Pored tačnih disciplina, studirao je muziku, gde je pokazao i svoje značajne talente.
Kada je upisao univerzitet, izabrao je da studira teorijsku fiziku. Zatim je radio u Minhenu. Ovdje je počeo proučavati termodinamiku, predstavljajući svoj rad naučnom svijetu. Godine 1887. Planck nastavlja svoje aktivnosti u Berlinu. Ovaj period uključuje tako briljantno naučno dostignuće kao što je kvantna hipoteza, čije su duboko značenje ljudi mogli shvatiti tek kasnije. Ova teorija je bila široko priznata i zadobila je naučno interesovanje tek početkom 20. veka. Ali zahvaljujući njoj Planck je stekao široku popularnost i proslavio svoje ime.
