Thermische Prozesse in der Natur werden von der Wissenschaft der Thermodynamik untersucht. Es beschreibt alle ablaufenden Energieumwandlungen mit Parametern wie Volumen, Druck, Temperatur, ohne Berücksichtigung der molekularen Struktur von Stoffen und Objekten sowie dem Faktor Zeit. Diese Wissenschaft basiert auf drei Grundgesetzen. Der letzte von ihnen hat mehrere Formulierungen. Das in der modernen Welt am häufigsten verwendete ist dasjenige, das den Namen "Plancks Postulat" erhielt. Dieses Gesetz ist nach dem Wissenschaftler benannt, der es abgeleitet und formuliert hat. Das ist Max Planck, ein glänzender Vertreter der deutschen Wissenschaftswelt, ein theoretischer Physiker des letzten Jahrhunderts.
Erster und zweiter Anfang
Bevor wir das Plancksche Postulat formulieren, machen wir uns zunächst kurz mit zwei weiteren Hauptsätzen der Thermodynamik vertraut. Die erste behauptet die vollständige Energieeinsparung in allen von der Außenwelt isolierten Systemen. Ihre Konsequenz ist die Verweigerung der Möglichkeit, ohne externe Quelle zu arbeiten, und damit die Schaffung eines Perpetuum mobile,was ähnlich funktionieren würde (also ein VD erster Art).
Der zweite Hauptsatz besagt, dass alle Systeme zum thermodynamischen Gleichgewicht neigen, während erwärmte Körper Wärme auf kältere übertragen, aber nicht umgekehrt. Und nach dem Temperaturausgleich zwischen diesen Objekten hören alle thermischen Prozesse auf.
Planksches Postulat
Alles Obige gilt für elektrische, magnetische, chemische Phänomene sowie Prozesse, die im Weltraum stattfinden. Heute sind thermodynamische Gesetzmäßigkeiten von besonderer Bedeutung. Wissenschaftler arbeiten bereits intensiv in eine wichtige Richtung. Mit diesem Wissen suchen sie nach neuen Energiequellen.
Die dritte Aussage betrifft das Verh alten physikalischer Körper bei extrem niedrigen Temperaturen. Wie die ersten beiden Gesetze gibt es Wissen über die Grundlagen des Universums.
Die Formulierung des Planckschen Postulats lautet wie folgt:
Die Entropie eines richtig geformten Kristalls einer reinen Substanz bei absoluten Nulltemperaturen ist Null.
Diese Position wurde 1911 vom Autor der Welt präsentiert. Und sorgte damals für viele Kontroversen. Spätere Errungenschaften der Wissenschaft sowie die praktische Anwendung der Bestimmungen der Thermodynamik und mathematischer Berechnungen haben jedoch ihre Richtigkeit bewiesen.
Absolute Temperatur Null
Lassen Sie uns nun genauer erklären, was der dritte Hauptsatz der Thermodynamik ist, basierend auf dem Planckschen Postulat. Beginnen wir mit einem so wichtigen Konzept wie dem absoluten Nullpunkt. Dies ist die niedrigste Temperatur, die die Körper der physischen Welt nur haben können. Unter diese Grenze kann sie nach den Naturgesetzen nicht fallen.
In Celsius beträgt dieser Wert -273,15 Grad. Aber auf der Kelvin-Skala gilt diese Marke nur als Ausgangspunkt. Es ist bewiesen, dass in einem solchen Zustand die Energie der Moleküle jeder Substanz Null ist. Ihre Bewegung wird vollständig gestoppt. In einem Kristallgitter nehmen Atome in seinen Knoten eine eindeutige, unveränderliche Position ein, ohne auch nur geringfügig schwanken zu können.
Natürlich hören auch alle thermischen Erscheinungen im System unter gegebenen Bedingungen auf. Plancks Postulat betrifft den Zustand eines regulären Kristalls bei der absoluten Temperatur Null.
Unordnungsmaß
Wir können die innere Energie, das Volumen und den Druck verschiedener Substanzen kennen. Das heißt, wir haben alle Möglichkeiten, den Makrozustand dieses Systems zu beschreiben. Das bedeutet aber nicht, dass man etwas Bestimmtes über den Mikrozustand eines Stoffes sagen kann. Dazu muss man alles über die Geschwindigkeit und Position jedes Materieteilchens im Raum wissen. Und ihre Zahl ist beeindruckend groß. Gleichzeitig sind die Moleküle unter normalen Bedingungen in ständiger Bewegung, kollidieren ständig miteinander und streuen in verschiedene Richtungen, wobei sie in jedem Bruchteil eines Augenblicks die Richtung ändern. Und ihr Verh alten wird von Chaos dominiert.
Um den Grad der Unordnung in der Physik zu bestimmen, wurde eine spezielle Größe namens Entropie eingeführt. Sie charakterisiert den Grad der Unberechenbarkeit des Systems.
Entropie (S) ist eine thermodynamische Zustandsfunktion, die als Maß dientStörung (Störung) des Systems. Die Möglichkeit endothermer Prozesse beruht auf einer Entropieänderung, denn in isolierten Systemen steigt die Entropie eines spontanen Prozesses um ΔS >0 (zweiter Hauptsatz der Thermodynamik).
Perfekt aufgebauter Körper
Bei Gasen ist die Unsicherheit besonders hoch. Wie Sie wissen, haben sie keine Form und kein Volumen. Gleichzeitig können sie unbegrenzt erweitert werden. Gaspartikel sind am mobilsten, daher ist ihre Geschwindigkeit und Position am unvorhersehbarsten.
Starre Körper sind etwas ganz anderes. In der Kristallstruktur nimmt jedes der Teilchen einen bestimmten Platz ein und erzeugt nur einige Schwingungen von einem bestimmten Punkt aus. Hier ist es nicht schwierig, wenn man die Position eines Atoms kennt, die Parameter aller anderen zu bestimmen. Beim absoluten Nullpunkt wird das Bild vollständig offensichtlich. Das besagt der dritte Hauptsatz der Thermodynamik und das Plancksche Postulat.
Wenn ein solcher Körper über den Boden gehoben wird, fällt die Bewegungsbahn jedes der Moleküle des Systems mit allen anderen zusammen, außerdem ist sie im Voraus und leicht zu bestimmen. Wenn der Körper nach dem Loslassen herunterfällt, ändern sich die Anzeigen sofort. Beim Aufprall auf den Boden erh alten die Teilchen kinetische Energie. Es wird der thermischen Bewegung Impulse geben. Dies bedeutet, dass die Temperatur ansteigt, die nicht mehr Null ist. Und sofort entsteht Entropie, als Maß für die Unordnung eines chaotisch funktionierenden Systems.
Funktionen
Jede unkontrollierte Wechselwirkung provoziert eine Erhöhung der Entropie. Unter normalen Bedingungen kann sie entweder konstant bleiben oder zunehmen, aber nicht abnehmen. In der Thermodynamik erweist sich dies als Folge ihres bereits erwähnten zweiten Hauptsatzes.
Molare Standardentropien werden manchmal als absolute Entropien bezeichnet. Sie sind keine Entropieänderungen, die die Bildung einer Verbindung aus ihren freien Elementen begleiten. Zu beachten ist auch, dass die molaren Standardentropien freier Elemente (in Form einfacher Substanzen) ungleich Null sind.
Mit dem Aufkommen von Plancks Postulat hat die absolute Entropie eine Chance, bestimmt zu werden. Eine Folge dieser Vorschrift ist aber auch, dass es in der Natur nicht möglich ist, den Temperaturnullpunkt nach Kelvin zu erreichen, sondern ihm nur so nahe wie möglich zu kommen.
Mikhail Lomonosov gelang es theoretisch, die Existenz eines Temperaturminimums vorherzusagen. Er selbst hat praktisch das Einfrieren von Quecksilber auf -65 ° Celsius erreicht. Heute werden die Stoffteilchen durch Laserkühlung nahezu auf den absoluten Nullpunkt gebracht. Genauer gesagt bis zu 10-9 Grad auf der Kelvin-Skala. Dieser Wert ist zwar vernachlässigbar, aber immer noch nicht 0.
Bedeutung
Das obige Postulat, das zu Beginn des letzten Jahrhunderts von Planck formuliert wurde, sowie nachfolgende Arbeiten in dieser Richtung des Autors gaben der Entwicklung der theoretischen Physik einen enormen Impuls, was zu einer erheblichen Steigerung ihrer Entwicklung führteFortschritte in vielen Bereichen. Und sogar eine neue Wissenschaft ist entstanden - die Quantenmechanik.
Basierend auf Plancks Theorie und Bohrs Postulaten gelang es Albert Einstein nach einiger Zeit, genauer gesagt 1916, die mikroskopischen Vorgänge zu beschreiben, die bei der Bewegung von Atomen in Substanzen ablaufen. Alle Entwicklungen dieser Wissenschaftler wurden später durch die Entwicklung von Lasern, Quantengeneratoren und -verstärkern sowie anderen modernen Geräten bestätigt.
Max-Planck
Dieser Wissenschaftler wurde im April 1858 geboren. Planck wurde in der deutschen Stadt Kiel in eine Familie berühmter Militärs, Wissenschaftler, Anwälte und Kirchenführer geboren. Schon im Gymnasium zeigte er bemerkenswerte Fähigkeiten in Mathematik und anderen Naturwissenschaften. Neben exakten Fächern studierte er Musik, wobei er auch seine beachtlichen Talente zeigte.
Als er an die Universität kam, entschied er sich für das Studium der Theoretischen Physik. Danach arbeitete er in München. Hier begann er mit dem Studium der Thermodynamik und präsentierte seine Arbeit der wissenschaftlichen Welt. 1887 setzte Planck seine Tätigkeit in Berlin fort. Zu dieser Zeit gehört eine so brillante wissenschaftliche Errungenschaft wie die Quantenhypothese, deren tiefe Bedeutung die Menschen erst später verstehen konnten. Diese Theorie wurde erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts allgemein anerkannt und erregte wissenschaftliches Interesse. Aber es war ihr zu verdanken, dass Planck große Popularität erlangte und seinen Namen verherrlichte.
