La ciència de la termodinàmica estudia els processos tèrmics a la natura. Descriu totes les transformacions energètiques en curs utilitzant paràmetres com el volum, la pressió, la temperatura, ignorant l'estructura molecular de les substàncies i els objectes, així com el factor temps. Aquesta ciència es basa en tres lleis bàsiques. L'últim d'ells té diverses formulacions. El més utilitzat al món modern és el que va rebre el nom de "postulat de Planck". Aquesta llei porta el nom del científic que la va deduir i formular. Aquest és Max Planck, un brillant representant del món científic alemany, un físic teòric del segle passat.
Primer i segon inici
Abans de formular el postulat de Planck, primer familiaritzem-nos breument amb altres dues lleis de la termodinàmica. El primer d'ells afirma la conservació completa de l'energia en tots els sistemes aïllats del món exterior. La seva conseqüència és la negació de la possibilitat de fer un treball sense una font externa i, per tant, la creació d'una màquina de moviment perpetu,que funcionaria de manera similar (és a dir, un VD de primer tipus).
La segona llei diu que tots els sistemes tendeixen a l'equilibri termodinàmic, mentre que els cossos escalfats transfereixen la calor als més freds, però no a l'inrevés. I després de la igualació de temperatures entre aquests objectes, tots els processos tèrmics s'aturen.
postulat de Planck
Tot l'anterior s'aplica als fenòmens elèctrics, magnètics i químics, així com als processos que tenen lloc a l'espai exterior. Avui dia, les lleis termodinàmiques tenen una importància especial. Els científics ja estan treballant intensament en una direcció important. Amb aquest coneixement, busquen trobar noves fonts d'energia.
La tercera afirmació fa referència al comportament dels cossos físics a temperatures extremadament baixes. Com les dues primeres lleis, proporciona coneixements sobre la base de l'univers.
La formulació del postulat de Planck és la següent:
L'entropia d'un cristall format correctament d'una substància pura a temperatures zero absolut és zero.
Aquesta posició va ser presentada al món per l'autor l'any 1911. I en aquells dies va causar molta polèmica. Tanmateix, els èxits posteriors de la ciència, així com l'aplicació pràctica de les disposicions de la termodinàmica i els càlculs matemàtics, van demostrar la seva veritat.
Temperatura absoluta zero
Ara expliquem amb més detall quin és el significat de la tercera llei de la termodinàmica, basada en el postulat de Planck. I comencem amb un concepte tan important com el zero absolut. Aquesta és la temperatura més baixa que només poden tenir els cossos del món físic. Per sota d'aquest límit, segons les lleis de la natura, no pot caure.
En Celsius, aquest valor és de -273,15 graus. Però a l'escala Kelvin, aquesta marca només es considera el punt de partida. Està demostrat que en aquest estat l'energia de les molècules de qualsevol substància és zero. El seu moviment està completament aturat. En una xarxa cristal·lina, els àtoms ocupen una posició clara i invariable als seus nodes, sense poder fluctuar ni tan sols lleugerament.
No cal dir que tots els fenòmens tèrmics del sistema també s'aturen en condicions determinades. El postulat de Planck tracta de l'estat d'un cristall regular a temperatura absoluta zero.
Mesura del trastorn
Podem conèixer l'energia interna, el volum i la pressió de diverses substàncies. És a dir, tenim totes les possibilitats de descriure el macroestat d'aquest sistema. Però això no vol dir que sigui possible dir quelcom definitiu sobre el microestat d'alguna substància. Per fer-ho, cal saber-ho tot sobre la velocitat i la posició en l'espai de cadascuna de les partícules de matèria. I el seu nombre és impressionantment enorme. Al mateix temps, en condicions normals, les molècules estan en constant moviment, xoquen constantment entre elles i es dispersen en diferents direccions, canviant de direcció cada fracció de moment. I el seu comportament està dominat pel caos.
Per determinar el grau de desordre en física, s'ha introduït una quantitat especial anomenada entropia. Caracteritza el grau d'impredictibilitat del sistema.
L'entropia (S) és una funció d'estat termodinàmica que serveix de mesuradesordre (desordre) del sistema. La possibilitat de processos endotèrmics es deu a un canvi d'entropia, perquè en sistemes aïllats l'entropia d'un procés espontani augmenta ΔS >0 (la segona llei de la termodinàmica).
Cos perfectament estructurat
El grau d'incertesa és especialment alt en els gasos. Com sabeu, no tenen forma ni volum. Al mateix temps, es poden expandir indefinidament. Les partícules de gas són les més mòbils, per tant, la seva velocitat i ubicació són les més imprevisibles.
Els cossos rígids són una altra cosa. A l'estructura cristal·lina, cadascuna de les partícules ocupa un lloc determinat, fent només algunes vibracions des d'un punt determinat. Aquí no és difícil, coneixent la posició d'un àtom, determinar els paràmetres de tots els altres. Al zero absolut, la imatge es fa completament evident. Això és el que diu la tercera llei de la termodinàmica i el postulat de Planck.
Si aquest cos s'eleva sobre el terra, la trajectòria de moviment de cadascuna de les molècules del sistema coincidirà amb totes les altres, a més, serà prèviament i fàcilment determinable. Quan el cos, en ser alliberat, cau, els indicadors canviaran immediatament. A partir de tocar el terra, les partícules adquiriran energia cinètica. Donarà impuls al moviment tèrmic. Això vol dir que la temperatura augmentarà, que ja no serà zero. I immediatament sorgirà l'entropia, com a mesura del desordre d'un sistema que funciona de manera caòtica.
Característiques
Qualsevol interacció no controlada provoca un augment de l'entropia. En condicions normals, pot romandre constant o augmentar, però no disminuir. En termodinàmica, això resulta ser una conseqüència de la seva segona llei, ja esmentada anteriorment.
Les entropies molars estàndard de vegades s'anomenen entropies absolutes. No són canvis d'entropia que acompanyen la formació d'un compost a partir dels seus elements lliures. També cal tenir en compte que les entropies molars estàndard dels elements lliures (en forma de substàncies simples) no són iguals a zero.
Amb l'arribada del postulat de Planck, l'entropia absoluta té possibilitats de determinar-se. Tanmateix, una conseqüència d'aquesta disposició és també que a la natura no és possible assolir la temperatura zero segons Kelvin, sinó només apropar-s'hi el més possible.
Teòricament, Mikhail Lomonosov va aconseguir predir l'existència d'un mínim de temperatura. Ell mateix pràcticament va aconseguir la congelació del mercuri a -65 ° Celsius. Avui, mitjançant el refredament làser, les partícules de substàncies es porten gairebé a l'estat de zero absolut. Més precisament, fins a 10-9 graus a l'escala Kelvin. Tanmateix, tot i que aquest valor és insignificant, encara no és 0.
Significat
El postulat anterior, formulat a principis del segle passat per Planck, així com els treballs posteriors en aquesta direcció de l'autor, van donar un gran impuls al desenvolupament de la física teòrica, donant lloc a un augment significatiu de la sevaprogressos en molts àmbits. I fins i tot va sorgir una nova ciència: la mecànica quàntica.
Basant-se en la teoria de Planck i els postulats de Bohr, després d'un temps, més precisament l'any 1916, Albert Einstein va ser capaç de descriure els processos microscòpics que es produeixen quan els àtoms es mouen en les substàncies. Tots els desenvolupaments d'aquests científics es van confirmar posteriorment amb la creació de làsers, generadors quàntics i amplificadors, així com altres dispositius moderns.
Max Planck
Aquest científic va néixer l'abril de 1858. Planck va néixer a la ciutat alemanya de Kiel en una família de famosos militars, científics, advocats i líders de l'església. Fins i tot al gimnàs, va mostrar habilitats notables en matemàtiques i altres ciències. A més de les disciplines exactes, va estudiar música, on també va mostrar el seu considerable talent.
Quan va entrar a la universitat, va optar per estudiar física teòrica. Després va treballar a Munic. Aquí va començar a estudiar termodinàmica, presentant el seu treball al món científic. El 1887 Planck va continuar les seves activitats a Berlín. Aquest període inclou un assoliment científic tan brillant com la hipòtesi quàntica, el significat profund de la qual la gent només va poder entendre més tard. Aquesta teoria va ser àmpliament reconeguda i va guanyar interès científic només a principis del segle XX. Però va ser gràcies a ella que Planck va guanyar una gran popularitat i va glorificar el seu nom.
