Байгаль дахь дулааны процессыг термодинамикийн шинжлэх ухаан судалдаг. Энэ нь бодис, объектын молекулын бүтэц, цаг хугацааны хүчин зүйлийг үл тоомсорлож, эзэлхүүн, даралт, температур гэх мэт параметрүүдийг ашиглан явагдаж буй бүх энергийн өөрчлөлтийг тодорхойлдог. Энэ шинжлэх ухаан нь үндсэн гурван хууль дээр суурилдаг. Тэдний сүүлчийнх нь хэд хэдэн найрлагатай. Орчин үеийн ертөнцөд хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг зүйл бол "Планкийн постулат" гэсэн нэрийг авсан юм. Энэ хуулийг гаргаж, томъёолсон эрдэмтний нэрээр нэрлэсэн. Энэ бол Германы шинжлэх ухааны ертөнцийн тод төлөөлөгч, өнгөрсөн зууны онолын физикч Макс Планк юм.
Эхний болон хоёр дахь эхлэл
Планкийн постулатыг томъёолохын өмнө эхлээд термодинамикийн өөр хоёр хуультай товч танилцъя. Тэдгээрийн эхнийх нь гадаад ертөнцөөс тусгаарлагдсан бүх системд эрчим хүчийг бүрэн хэмнэхийг баталгаажуулдаг. Үүний үр дагавар нь гадны эх үүсвэргүйгээр ажил хийх боломжийг үгүйсгэж, улмаар байнгын хөдөлгөөнт машин бий болно. Энэ нь ижил төстэй байдлаар ажиллах болно (жишээ нь, эхний төрлийн VD).
Хоёр дахь хуульд бүх системүүд термодинамик тэнцвэрт байдалд ордог бол халсан бие нь дулааныг хүйтэнд шилжүүлдэг, харин эсрэгээр биш гэж хэлдэг. Эдгээр объектын хоорондох температурыг тэнцүүлсний дараа бүх дулааны процессууд зогсдог.
Планкийн үзэл баримтлал
Дээрх бүх зүйл нь цахилгаан, соронзон, химийн үзэгдэл, түүнчлэн сансар огторгуйд болж буй процессуудад хамаарна. Өнөөдөр термодинамик хуулиуд онцгой ач холбогдолтой юм. Эрдэмтэд нэгэн чухал чиглэлээр эрчимтэй ажиллаж байна. Энэ мэдлэгийг ашиглан тэд эрчим хүчний шинэ эх үүсвэр олохыг эрэлхийлдэг.
Гурав дахь мэдэгдэл нь хэт бага температурт бие махбодын зан үйлтэй холбоотой. Эхний хоёр хуулийн нэгэн адил энэ нь орчлон ертөнцийн суурийн талаарх мэдлэгийг өгдөг.
Планкийн постулатын томъёолол дараах байдалтай байна:
Туйлын тэг температурт зөв үүссэн цэвэр бодисын талстын энтропи тэг байна.
Энэ байр суурийг зохиолч 1911 онд дэлхийд танилцуулсан. Тэгээд тэр өдрүүдэд маш их маргаан үүсгэсэн. Гэсэн хэдий ч шинжлэх ухааны дараагийн ололт амжилт, түүнчлэн термодинамик, математик тооцооллын заалтуудыг практикт ашигласан нь түүний үнэн болохыг нотолсон.
Үнэмлэхүй температур тэг
Одоо Термодинамикийн 3-р хууль ямар учиртайг Планкийн постулат дээр үндэслэн илүү дэлгэрэнгүй тайлбарлая. Тэгээд үнэмлэхүй тэг гэх мэт чухал ойлголтоос эхэлцгээе. Энэ бол физик ертөнцийн бие махбодид байж болох хамгийн бага температур юм. Энэ хязгаараас доош байгалийн хуулийн дагуу унах боломжгүй.
Цельсийн хувьд энэ утга -273.15 хэм байна. Гэхдээ Келвиний хэмжүүрээр энэ тэмдэг нь зөвхөн эхлэлийн цэг гэж тооцогддог. Ийм төлөвт аливаа бодисын молекулын энерги тэгтэй тэнцүү байдаг нь батлагдсан. Тэдний хөдөлгөөн бүрэн зогссон. Кристал торонд атомууд зангилаанд нь тодорхой, өөрчлөгдөөгүй байр суурь эзэлдэг бөгөөд бага зэрэг хэлбэлзэх чадваргүй байдаг.
Өгөгдсөн нөхцөлд систем дэх бүх дулааны үзэгдэл зогсдог нь ойлгомжтой. Планкийн постулат нь үнэмлэхүй тэг температурт ердийн болор төлөв байдлын тухай юм.
Эмгэгдлийг хэмжих
Бид янз бүрийн бодисын дотоод энерги, эзэлхүүн, даралтыг мэдэх боломжтой. Өөрөөр хэлбэл, бид энэ системийн макро төлөвийг дүрслэх бүрэн боломжтой. Гэхдээ энэ нь зарим бодисын бичил төлөвийн талаар тодорхой зүйл хэлэх боломжтой гэсэн үг биш юм. Үүнийг хийхийн тулд та бодисын бөөмс бүрийн орон зай дахь хурд, байрлалын талаархи бүх зүйлийг мэдэх хэрэгтэй. Мөн тэдний тоо үнэхээр гайхалтай юм. Үүний зэрэгцээ, хэвийн нөхцөлд молекулууд байнгын хөдөлгөөнд байдаг, бие биетэйгээ байнга мөргөлдөж, янз бүрийн чиглэлд тархаж, агшин зуурын фракц бүрээр чиглэлээ өөрчилдөг. Мөн тэдний зан авир нь эмх замбараагүй байдал давамгайлж байна.
Физикийн эмх замбараагүй байдлын зэргийг тодорхойлохын тулд энтропи хэмээх тусгай хэмжигдэхүүнийг нэвтрүүлсэн. Энэ нь системийн урьдчилан таамаглах боломжгүй байдлын түвшинг тодорхойлдог.
Энтропи (S) нь хэмжүүр болдог термодинамик төлөвийн функц юмтогтолцооны эмгэг (эмх замбараагүй байдал). Эндотермик процесс явагдах боломж нь энтропийн өөрчлөлттэй холбоотой, учир нь тусгаарлагдсан системд аяндаа явагдах процессын энтропи ΔS >0 (термодинамикийн хоёр дахь хууль) нэмэгддэг.
Төгс бүтэцтэй бие
Тодорхойгүй байдлын зэрэг нь хийд ялангуяа өндөр байдаг. Таны мэдэж байгаагаар тэдгээр нь хэлбэр, эзэлхүүнтэй байдаггүй. Үүний зэрэгцээ тэд хязгааргүй өргөжин тэлэх боломжтой. Хийн тоосонцор нь хамгийн хөдөлгөөнтэй байдаг тул хурд, байршил нь хамгийн урьдчилан тааварлашгүй байдаг.
Хатуу биет бол огт өөр асуудал. Кристал бүтцэд бөөмс тус бүр нь тодорхой газар эзэлдэг бөгөөд тодорхой цэгээс зөвхөн зарим чичиргээ үүсгэдэг. Энд нэг атомын байрлалыг мэдэж, бусад бүх параметрүүдийг тодорхойлоход хэцүү биш юм. Үнэмлэхүй тэг үед зураг бүрэн тодорхой болно. Энэ бол термодинамикийн гурав дахь хууль ба Планкийн постулат юм.
Хэрэв ийм биеийг газраас дээш өргөх юм бол системийн молекул тус бүрийн хөдөлгөөний траектори нь бусадтай давхцах бөгөөд үүнээс гадна үүнийг урьдчилан тодорхойлж, амархан тодорхойлох болно. Суллагдсан бие доош унах үед үзүүлэлтүүд нэн даруй өөрчлөгдөнө. Газарт цохиулснаас хойш бөөмс кинетик энергийг олж авна. Энэ нь дулааны хөдөлгөөнд түлхэц өгөх болно. Энэ нь температур нэмэгдэх бөгөөд энэ нь тэг байхаа болино гэсэн үг юм. Эмх замбараагүй ажиллаж байгаа системийн эмх замбараагүй байдлын хэмжүүр болох тэр даруй энтропи үүсэх болно.
Онцлогууд
Хяналтгүй харилцан үйлчлэл нь энтропийн өсөлтийг өдөөдөг. Хэвийн нөхцөлд энэ нь тогтмол хэвээр байх эсвэл нэмэгдэх боловч буурахгүй. Термодинамикийн хувьд энэ нь өмнө дурдсан хоёр дахь хуулийн үр дагавар болж хувирдаг.
Стандарт молийн энтропиүүдийг заримдаа үнэмлэхүй энтропи гэж нэрлэдэг. Эдгээр нь чөлөөт элементүүдээс нэгдэл үүсэхийг дагалддаг энтропийн өөрчлөлтүүд биш юм. Мөн чөлөөт элементүүдийн (энгийн бодис хэлбэрээр) стандарт молийн энтропи нь тэгтэй тэнцүү биш гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.
Планкийн постулат бий болсноор үнэмлэхүй энтропи тодорхойлох боломж нээгдэв. Гэсэн хэдий ч энэ заалтын үр дагавар нь байгальд Келвиний дагуу тэг температурт хүрэх боломжгүй, зөвхөн түүнд аль болох ойртох явдал юм.
Онолын хувьд Михаил Ломоносов хамгийн бага температур байгааг урьдчилан таамаглаж чадсан. Тэр өөрөө мөнгөн усыг -65 хэм хүртэл хөлдөөх чадвартай болсон. Өнөөдөр лазер хөргөлтийн тусламжтайгаар бодисын тоосонцорыг бараг үнэмлэхүй тэг байдалд хүргэж байна. Илүү нарийвчлалтай, Келвиний хэмжүүрээр 10-9 хүртэл байна. Гэсэн хэдий ч энэ утга нь өчүүхэн боловч 0 биш хэвээр байна.
Утга
Өнгөрсөн зууны эхээр Планкийн томъёолсон дээрх постулат, мөн зохиогчийн энэ чиглэлээр хийсэн дараагийн бүтээлүүд нь онолын физикийн хөгжилд асар их түлхэц өгч, үүний үр дүнд түүний шинжлэх ухааны хэмжээ мэдэгдэхүйц нэмэгдсэн.олон салбарт ахиц дэвшил гарсан. Мөн шинэ шинжлэх ухаан хүртэл гарч ирсэн - квант механик.
Планкийн онол болон Борын постулатууд дээр үндэслэн хэсэг хугацааны дараа, бүр тодруулбал 1916 онд Альберт Эйнштейн бодис доторх атомууд хөдөлж байх үед үүсдэг микроскоп процессуудыг дүрсэлж чадсан. Эдгээр эрдэмтдийн хийсэн бүх бүтээн байгуулалтыг хожим нь лазер, квант генератор, өсгөгч болон бусад орчин үеийн төхөөрөмжүүдийг бүтээсэн нь батлагдсан.
Макс Планк
Энэ эрдэмтэн 1858 онд 4-р сард төрсөн. Планк Германы Киль хотод алдартай цэрэг, эрдэмтэн, хуульч, сүмийн удирдагчдын гэр бүлд төржээ. Тэр ч байтугай биеийн тамирын зааланд математик болон бусад шинжлэх ухаанд гайхалтай чадварыг харуулсан. Тэрээр нарийн мэргэжлээс гадна хөгжмийн чиглэлээр суралцсан бөгөөд тэндээ ч бас өөрийн авьяас чадвараа харуулсан.
Тэр их сургуульд орохдоо онолын физикийн чиглэлээр суралцахаар сонгосон. Дараа нь тэр Мюнхенд ажилласан. Энд тэрээр термодинамикийг судалж, шинжлэх ухааны ертөнцөд бүтээлээ танилцуулж эхлэв. 1887 онд Планк Берлинд үйл ажиллагаагаа үргэлжлүүлэв. Энэ үе нь квант таамаглал гэх мэт шинжлэх ухааны гайхалтай ололтыг багтаасан бөгөөд үүний гүн утгыг хүмүүс хожим нь ойлгож чадсан юм. Энэ онолыг зөвхөн 20-р зууны эхээр өргөнөөр хүлээн зөвшөөрч, шинжлэх ухааны сонирхлыг татсан. Гэвч түүний ачаар Планк олны танил болж, нэрээ алдаршуулсан.
