Tertiskos procesus dabā pēta termodinamikas zinātne. Tas apraksta visas notiekošās enerģijas pārvērtības, izmantojot tādus parametrus kā tilpums, spiediens, temperatūra, ignorējot vielu un objektu molekulāro struktūru, kā arī laika faktoru. Šīs zinātnes pamatā ir trīs pamatlikumi. Pēdējam no tiem ir vairāki formulējumi. Mūsdienu pasaulē visbiežāk izmanto to, kas saņēma nosaukumu "Planka postulāts". Šis likums ir nosaukts zinātnieka vārdā, kurš to secināja un formulēja. Tas ir Makss Planks, spilgts vācu zinātnes pasaules pārstāvis, pagājušā gadsimta teorētiskais fiziķis.
Pirmais un otrais sākums
Pirms formulēt Planka postulātu, vispirms īsi iepazīsimies ar diviem citiem termodinamikas likumiem. Pirmais no tiem apliecina pilnīgu enerģijas saglabāšanu visās sistēmās, kas izolētas no ārpasaules. Tā rezultātā tiek liegta iespēja veikt darbu bez ārēja avota, un līdz ar to tiek radīta mūžīgā kustība,kas darbotos līdzīgi (t.i., pirmā veida VD).
Otrais likums saka, ka visām sistēmām ir tendence uz termodinamisko līdzsvaru, savukārt uzkarsēti ķermeņi nodod siltumu aukstākiem, bet ne otrādi. Un pēc temperatūru izlīdzināšanas starp šiem objektiem visi termiskie procesi apstājas.
Planka postulāts
Viss iepriekš minētais attiecas uz elektriskām, magnētiskām, ķīmiskām parādībām, kā arī procesiem, kas notiek kosmosā. Mūsdienās termodinamiskie likumi ir īpaši svarīgi. Jau šobrīd zinātnieki intensīvi strādā svarīgā virzienā. Izmantojot šīs zināšanas, viņi cenšas atrast jaunus enerģijas avotus.
Trešais apgalvojums attiecas uz fizisko ķermeņu uzvedību ārkārtīgi zemā temperatūrā. Tāpat kā pirmie divi likumi, tas sniedz zināšanas par Visuma pamatu.
Planka postulāta formulējums ir šāds:
Pareizi izveidota tīras vielas kristāla entropija absolūtās nulles temperatūrā ir nulle.
Šo pozīciju autors iepazīstināja pasauli 1911. gadā. Un tajos laikos izraisīja daudz strīdu. Tomēr turpmākie zinātnes sasniegumi, kā arī termodinamikas noteikumu un matemātisko aprēķinu praktiskā pielietošana pierādīja savu patiesību.
Absolūtā temperatūra nulle
Tagad paskaidrosim sīkāk, kāda ir trešā termodinamikas likuma nozīme, pamatojoties uz Planka postulātu. Un sāksim ar tik svarīgu jēdzienu kā absolūtā nulle. Tā ir zemākā temperatūra, kāda var būt tikai fiziskās pasaules ķermeņiem. Zem šīs robežas saskaņā ar dabas likumiem tas nevar nokrist.
Celsija skalā šī vērtība ir -273,15 grādi. Bet Kelvina skalā šī atzīme tiek uzskatīta tikai par sākumpunktu. Ir pierādīts, ka šādā stāvoklī jebkuras vielas molekulu enerģija ir nulle. Viņu kustība ir pilnībā apturēta. Kristāla režģī atomi ieņem skaidru, nemainīgu pozīciju tā mezglos, nespējot pat nedaudz svārstīties.
Pats par sevi saprotams, ka noteiktajos apstākļos visas siltuma parādības sistēmā arī apstājas. Planka postulāts ir par regulāra kristāla stāvokli absolūtā nulles temperatūrā.
Traucējumu mērs
Varam zināt dažādu vielu iekšējo enerģiju, tilpumu un spiedienu. Tas ir, mums ir visas iespējas aprakstīt šīs sistēmas makrostāvokli. Bet tas nenozīmē, ka par kādas vielas mikrostāvokli var pateikt kaut ko noteiktu. Lai to izdarītu, jums jāzina viss par katras vielas daļiņas ātrumu un atrašanās vietu telpā. Un to skaits ir iespaidīgi milzīgs. Tajā pašā laikā normālos apstākļos molekulas atrodas pastāvīgā kustībā, pastāvīgi saduras viena ar otru un izkliedējas dažādos virzienos, mainot virzienu ik pēc mirkļa daļas. Un viņu uzvedībā dominē haoss.
Lai noteiktu fizikas traucējumu pakāpi, ir ieviests īpašs lielums, ko sauc par entropiju. Tas raksturo sistēmas neparedzamības pakāpi.
Entropija (S) ir termodinamiskā stāvokļa funkcija, kas kalpo kā mērssistēmas traucējumi (traucējumi). Endotermisko procesu iespējamība ir saistīta ar entropijas izmaiņām, jo izolētās sistēmās spontāna procesa entropija palielinās ΔS >0 (otrais termodinamikas likums).
Perfekti strukturēts korpuss
Nenoteiktības pakāpe ir īpaši augsta gāzēs. Kā zināms, tiem nav formas un apjoma. Tajā pašā laikā tie var paplašināties bezgalīgi. Gāzes daļiņas ir viskustīgākās, tāpēc to ātrums un atrašanās vieta ir visneparedzamākā.
Stingri korpusi ir pavisam cita lieta. Kristāla struktūrā katra no daļiņām ieņem noteiktu vietu, radot tikai dažas vibrācijas no noteikta punkta. Šeit nav grūti, zinot viena atoma stāvokli, noteikt visu pārējo parametrus. Pie absolūtās nulles attēls kļūst pilnīgi acīmredzams. Tas ir tas, ko saka trešais termodinamikas likums un Planka postulāts.
Ja šāds ķermenis tiks pacelts virs zemes, katras no sistēmas molekulām kustības trajektorija sakritīs ar visām pārējām, turklāt tā būs iepriekš un viegli nosakāma. Kad ķermenis, atbrīvojoties, nokrīt, rādītāji nekavējoties mainīsies. No trieciena zemē daļiņas iegūs kinētisko enerģiju. Tas dos impulsu siltuma kustībai. Tas nozīmē, ka paaugstināsies temperatūra, kas vairs nebūs nulle. Un nekavējoties radīsies entropija, kas mēra haotiski funkcionējošas sistēmas traucējumus.
Funkcijas
Jebkura nekontrolēta mijiedarbība izraisa entropijas pieaugumu. Normālos apstākļos tas var palikt nemainīgs vai palielināties, bet ne samazināties. Termodinamikā tas izrādās jau iepriekš minētā otrā likuma sekas.
Standarta molārās entropijas dažreiz sauc par absolūtajām entropijām. Tās nav entropijas izmaiņas, kas pavada savienojuma veidošanos no tā brīvajiem elementiem. Jāņem vērā arī tas, ka brīvo elementu standarta molārās entropijas (vienkāršu vielu veidā) nav vienādas ar nulli.
Līdz ar Planka postulāta parādīšanos absolūtā entropija var tikt noteikta. Taču šī noteikuma sekas ir arī tādas, ka dabā nav iespējams sasniegt Kelvina temperatūru nulli, bet tikai pietuvoties tai pēc iespējas tuvāk.
Teorētiski Mihailam Lomonosovam izdevās paredzēt temperatūras minimuma esamību. Viņš pats praktiski panāca dzīvsudraba sasalšanu līdz -65 ° pēc Celsija. Mūsdienās ar lāzerdzesēšanas palīdzību vielu daļiņas tiek novestas gandrīz līdz absolūtās nulles stāvoklim. Precīzāk, līdz 10-9 grādiem pēc Kelvina skalas. Tomēr, lai gan šī vērtība ir niecīga, tā joprojām nav 0.
Nozīme
Iepriekšminētais, pagājušā gadsimta sākumā Planka formulētais postulāts, kā arī turpmākie autora darbi šajā virzienā deva milzīgu impulsu teorētiskās fizikas attīstībai, kā rezultātā ievērojami palielinājās tāsprogresu daudzās jomās. Un radās pat jauna zinātne - kvantu mehānika.
Pamatojoties uz Planka teoriju un Bora postulātiem, pēc kāda laika, precīzāk 1916. gadā, Alberts Einšteins spēja aprakstīt mikroskopiskos procesus, kas notiek, vielās pārvietojoties atomiem. Visus šo zinātnieku sasniegumus vēlāk apstiprināja lāzeru, kvantu ģeneratoru un pastiprinātāju, kā arī citu modernu ierīču radīšana.
Makss Planks
Šis zinātnieks dzimis 1858. gadā aprīlī. Planks dzimis Vācijas pilsētā Ķīlē slavenu militārpersonu, zinātnieku, juristu un baznīcas vadītāju ģimenē. Pat ģimnāzijā viņš parādīja ievērojamas spējas matemātikā un citās zinātnēs. Papildus eksaktajām disciplīnām viņš studēja mūziku, kur arī parādīja savus ievērojamos talantus.
Iestājoties universitātē, viņš izvēlējās studēt teorētisko fiziku. Pēc tam viņš strādāja Minhenē. Šeit viņš sāka pētīt termodinamiku, prezentējot savu darbu zinātnes pasaulei. 1887. gadā Planks turpināja savu darbību Berlīnē. Šis periods ietver tādu spožu zinātnes sasniegumu kā kvantu hipotēze, kuras dziļo nozīmi cilvēki spēja izprast tikai vēlāk. Šī teorija tika plaši atzīta un izpelnījās zinātnisku interesi tikai 20. gadsimta sākumā. Bet tieši pateicoties viņai Planks ieguva plašu popularitāti un slavināja savu vārdu.
