Postulat plancka: sformułowanie, charakterystyka, znaczenie

Procesy cieplne w przyrodzie bada nauka o termodynamice. Opisuje ona wszystkie przemiany energetyczne zachodzące poprzez te parametry, jako objętość, ciśnienie, temperatura, ignorowanie struktury molekularnej substancji i przedmiotów, a także czynnik czasu. Nauka ta opiera się na trzech podstawowych prawach. Ostatni z nich ma kilka sformułowań. Najpowszechniej stosowanym we współczesnym świecie jest ten zwany "Postulat Plancka". Prawo to nosi nazwę od naukowca, który je wyprowadził i sformułował. Oto Max Planck, światły przedstawiciel niemieckiego świata nauki, fizyk teoretyczny ubiegłego wieku.

Pierwsza i druga zasada

Przed sformułowaniem postulatu Plancka zapoznajmy się najpierw z dwoma innymi prawami termodynamiki. Pierwszy z nich twierdzi o całkowitym zachowaniu energii we wszystkich systemach odizolowanych od świata zewnętrznego. Konsekwencją tego jest zanegowanie możliwości pracy bez zewnętrznego źródła, a więc stworzenie perpetuum mobile, które by tak działało (czyli pierwszego rzędu).

Drugie prawo mówi, że wszystkie układy dążą do równowagi termodynamicznej, przy czym ogrzane ciała przekazują ciepło chłodniejszym, ale nie odwrotnie. A gdy temperatury między tymi obiektami się wyrównają, wszystkie procesy termiczne ustają.

Postulat Plancka

Wszystko to dotyczy zjawisk elektrycznych, magnetycznych i chemicznych, a także procesów zachodzących w przestrzeni kosmicznej. W dzisiejszych czasach prawa termodynamiczne mają szczególne znaczenie. Naukowcy już teraz intensywnie pracują w ważnym kierunku. Wykorzystując tę wiedzę, szukają nowych źródeł energii.

Trzecie stwierdzenie dotyczy zachowania się ciał fizycznych w skrajnie niskich temperaturach. Podobnie jak dwa pierwsze prawa, dostarcza wiedzy o podstawach struktury wszechświata.

Sformułowanie postulatu Plancka jest następujące:

Entropia prawidłowo uformowanego kryształu czystej materii w temperaturze zera bezwzględnego wynosi zero.

To stwierdzenie zostało przedstawione światu przez autora w 1911 roku. I w tamtym czasie wywołało to wiele kontrowersji. Jednak kolejne postępy nauki, a także praktyczne zastosowanie przepisów termodynamiki i obliczeń matematycznych, udowodniły jego prawdę.

Temperatura absolutna zero

Teraz wyjaśnijmy szczegółowo znaczenie trzeciego prawa termodynamiki, opartego na postulacie Plancka. I zacznijmy od ważnego pojęcia, jakim jest zero absolutne. Jest to najniższa temperatura, jaką mogą mieć tylko ciała w świecie fizycznym. Nie może zejść poniżej tego poziomu, zgodnie z prawami natury.

W Celsjuszu wartość ta wynosi -273,15 stopni. Ale w skali Kelvina to jest właśnie punkt wyjścia. Udowodniono, że w tym stanie energia cząsteczkowa dowolnej substancji wynosi zero. Absolutne zero ich ruchu zatrzymuje się całkowicie. W siatce krystalicznej atomy zajmują wyraźnie ustalone położenie w jej węzłach, nie mogąc nawet w niewielkim stopniu drgnąć.

Nie trzeba dodawać, że wszystkie zjawiska termiczne w układzie w tych warunkach również ustają. O stanie prawego kryształu przy w temperaturze bezwzględnej a postulat Plancka mówi.

Miara nieporządku

Potrafimy poznać energię wewnętrzną, objętość i ciśnienie różnych substancji. Mamy więc wszelkie szanse na opisanie stanu makro danego układu. Ale nie oznacza to, że możemy powiedzieć coś pewnego o mikrostanie jakiejś substancji. Wymaga to wiedzy o prędkości i położeniu w przestrzeni każdej cząstki materii. A liczba ta jest imponująco ogromna. W zwykłych warunkach cząsteczki są w ciągłym ruchu, nieustannie zderzając się i oddalając od siebie, zmieniając kierunki co ułamek sekundy. A ich zachowanie jest zdominowane przez chaos.

Aby określić stopień nieporządku w fizyce wprowadzono specjalną wielkość zwaną entropią. Opisuje on miarę nieprzewidywalności systemu.

entropia (S) jest termodynamiczną funkcją stanu, która służy jako miara nieporządku (nieuporządkowania) układu. możliwość wystąpienia procesów endotermicznych wynika ze zmiany entropii, ponieważ w układach izolowanych entropia procesu spontanicznego wzrasta ΔS > 0 (drugie prawo termodynamiki).

Idealnie zorganizowane organy

Stopień niepewności jest szczególnie duży w przypadku gazów. Jak wiemy, nie mają one kształtu ani objętości. Są one zdolne do nieograniczonej rozbudowy. Cząstki gazu są najbardziej ruchliwe, dlatego ich prędkość i położenie są bardziej nieprzewidywalne.

ciała stałe to całkiem inna sprawa. W strukturze kryształu każda cząstka zajmuje określone miejsce, drgając tylko nieznacznie od pewnego punktu. Tutaj nie jest trudno, znając położenie jednego atomu, określić parametry wszystkich pozostałych. W zerze absolutnym obraz jest jeszcze bardziej przejrzysty. O tym mówi trzecie prawo termodynamiki i postulat Plancka.

Jeśli takie ciało zostanie uniesione nad ziemię, to trajektoria każdej z cząsteczek układu pokryje się z trajektorią wszystkich pozostałych i będzie łatwa do ustalenia z góry. Gdy ciało, po uwolnieniu, spadnie w dół, wartości natychmiast się zmienią. Od uderzenia w ziemię cząstki nabiorą energii kinetycznej. To spowoduje powstanie ruchu termicznego. Co oznacza, że wzrośnie temperatura, która nie będzie już równa zeru. I jeszcze entropia, jako miara nieporządku chaotycznie funkcjonującego systemu.

Cechy

Każda niekontrolowana interakcja powoduje wzrost entropii. W zwykłych warunkach może pozostać niezmienna lub może rosnąć, ale nie maleć. W termodynamice okazuje się to być konsekwencją jej drugiego prawa, wspomnianego już wcześniej.

Standardowe entropie molowe są czasami nazywane entropiami absolutnymi. Nie są to zmiany entropii towarzyszące tworzeniu się związku z jego składowych elementów wolnych. Należy również zauważyć, że standardowe entropie molowe swobodnych pierwiastków (w postaci substancji prostych) nie są równe zeru.

Wraz z pojawieniem się postulatu Plancka, entropia absolutna otrzymała szansę na określenie. Konsekwencją tego stwierdzenia jest jednak również to, że temperatura zero według Kelvina nie może być osiągnięta w przyrodzie, a jedynie można się do niej zbliżyć na tyle, na ile to możliwe.

Michaił Łomonosow potrafił przewidzieć teoretycznie istnienie minimum temperaturowego. Sam osiągnął czysto praktyczne zamrożenie rtęci do -65 stopni Celsjusza. W dzisiejszych czasach, przy użyciu chłodzenia laserowego, cząstki materii są redukowane do poziomu bliskiego zeru absolutnemu. Dokładniej do 10^-9 stopni w skali Kelvina. Jednak, choć wartość ta jest znikoma, to jednak nie jest to 0.

Wartość

Powyższy postulat, sformułowany na początku ubiegłego wieku przez Plancka, a także późniejsze prace w tym kierunku tego autora, dały wielki impuls do rozwoju fizyki teoretycznej, co zaowocowało jej znacznym zaawansowaniem w wielu dziedzinach. A nawet pojawiła się nowa nauka - mechanika kwantowa.

Na podstawie teorii Plancka i postulatów Bohra, jakiś czas później, a dokładniej w 1916 roku, Albert Einstein był w stanie opisać mikroskopowe procesy zachodzące podczas ruchu atomów w substancjach. Wszystkie osiągnięcia powyższych naukowców zostały później potwierdzone przez budowę laserów, generatorów i wzmacniaczy kwantowych oraz innych nowoczesnych urządzeń.

Max Planck

Naukowiec urodził się w 1858 roku w kwietniu. Urodził się Planck w niemieckim mieście Kiel, w rodzinie znanych wojskowych, naukowców, prawników i postaci kościelnych. Będąc jeszcze w gimnazjum, wykazywał niezwykłe predyspozycje do matematyki i innych nauk ścisłych. Oprócz nauk ścisłych studiował muzykę, w której również wykazywał spory talent.

Gdy poszedł na uniwersytet, wybrał studia z zakresu fizyki teoretycznej. Następnie pracował w Monachium. Tu też rozpoczął studia nad termodynamiką, prezentując swoje prace światu naukowemu. W 1887 roku Planck kontynuował swoją pracę w Berlinie. Do tego okresu należy jego genialne osiągnięcie naukowe, hipoteza kwantowa, której głębokie znaczenie ludzie mogli pojąć dopiero później. Dopiero na początku XX wieku teoria ta zyskała powszechną akceptację i zainteresowanie naukowe. Ale to właśnie dzięki niemu Planck stał się powszechnie znany i sławny jego imię.