Բնության մեջ ջերմային գործընթացները ուսումնասիրվում են թերմոդինամիկայի գիտության կողմից։ Այն նկարագրում է բոլոր ընթացիկ էներգիայի փոխակերպումները՝ օգտագործելով այնպիսի պարամետրեր, ինչպիսիք են ծավալը, ճնշումը, ջերմաստիճանը, անտեսելով նյութերի և առարկաների մոլեկուլային կառուցվածքը, ինչպես նաև ժամանակի գործոնը: Այս գիտությունը հիմնված է երեք հիմնական օրենքների վրա. Դրանցից վերջինն ունի մի քանի ձևակերպումներ. Ժամանակակից աշխարհում ամենից հաճախ օգտագործվում է այն, որը ստացել է «Պլանկի պոստուլատ» անվանումը։ Այս օրենքը կոչվում է այն գիտնականի անունով, ով եզրակացրել և ձևակերպել է այն։ Սա գերմանական գիտական աշխարհի վառ ներկայացուցիչ, անցյալ դարի տեսական ֆիզիկոս Մաքս Պլանկն է։
Առաջին և երկրորդ սկիզբ
Մինչ Պլանկի պոստուլատը ձևակերպելը նախ համառոտ ծանոթանանք թերմոդինամիկայի երկու այլ օրենքների։ Դրանցից առաջինը պնդում է արտաքին աշխարհից մեկուսացված բոլոր համակարգերում էներգիայի ամբողջական պահպանումը։ Դրա հետևանքը առանց արտաքին աղբյուրի աշխատանք կատարելու հնարավորության մերժումն է, հետևաբար՝ մշտական շարժման մեքենայի ստեղծումը,որը կաշխատի նույն ձևով (այսինքն՝ առաջին տեսակի VD):
Երկրորդ օրենքը ասում է, որ բոլոր համակարգերը հակված են թերմոդինամիկական հավասարակշռության, մինչդեռ տաքացած մարմինները ջերմությունը փոխանցում են ավելի սառը մարմիններին, բայց ոչ հակառակը: Եվ այս օբյեկտների միջև ջերմաստիճանների հավասարեցումից հետո բոլոր ջերմային գործընթացները դադարում են։
Պլանկի պոստուլատ
Բոլոր վերը նշվածները վերաբերում են էլեկտրական, մագնիսական, քիմիական երևույթներին, ինչպես նաև արտաքին տիեզերքում տեղի ունեցող գործընթացներին: Այսօր թերմոդինամիկական օրենքները առանձնահատուկ նշանակություն ունեն։ Գիտնականներն արդեն ինտենսիվ աշխատում են մի կարևոր ուղղությամբ. Օգտագործելով այս գիտելիքները՝ նրանք ձգտում են էներգիայի նոր աղբյուրներ գտնել։
Երրորդ պնդումը վերաբերում է ֆիզիկական մարմինների վարքագծին ծայրահեղ ցածր ջերմաստիճաններում: Ինչպես առաջին երկու օրենքները, այն տալիս է գիտելիքներ տիեզերքի հիմքի մասին:
Պլանկի պոստուլատի ձևակերպումը հետևյալն է.
Մաքուր նյութի պատշաճ ձևավորված բյուրեղի էնտրոպիան բացարձակ զրոյական ջերմաստիճանում զրո է։
Այս դիրքորոշումը հեղինակն աշխարհին ներկայացրել է 1911թ. Եվ այդ օրերին բազմաթիվ հակասություններ առաջացրեց։ Սակայն գիտության հետագա ձեռքբերումները, ինչպես նաև թերմոդինամիկայի և մաթեմատիկական հաշվարկների դրույթների գործնական կիրառումը ապացուցեցին դրա ճշմարտացիությունը։
Բացարձակ ջերմաստիճան զրո
Այժմ եկեք ավելի մանրամասն բացատրենք, թե ինչ է նշանակում թերմոդինամիկայի երրորդ օրենքը՝ հիմնվելով Պլանկի պոստուլատի վրա։ Եվ եկեք սկսենք այնպիսի կարևոր հայեցակարգից, ինչպիսին է բացարձակ զրո: Սա ամենացածր ջերմաստիճանն է, որը կարող են ունենալ միայն ֆիզիկական աշխարհի մարմինները:Այս սահմանից ցածր, ըստ բնության օրենքների, այն չի կարող ընկնել։
Ցելսիուսում այս արժեքը -273,15 աստիճան է: Բայց Քելվինի սանդղակի վրա այս նշանը պարզապես համարվում է ելակետ: Ապացուցված է, որ նման վիճակում ցանկացած նյութի մոլեկուլների էներգիան զրո է։ Նրանց շարժումն ամբողջությամբ դադարեցված է։ Բյուրեղային ցանցում ատոմները հստակ, անփոփոխ դիրք են զբաղեցնում նրա հանգույցներում՝ չկարողանալով նույնիսկ մի փոքր տատանվել:
Անհասկանալի է, որ համակարգի բոլոր ջերմային երևույթները նույնպես դադարում են տվյալ պայմաններում։ Պլանկի պոստուլատը կանոնավոր բյուրեղի վիճակի մասին է բացարձակ զրոյական ջերմաստիճանում։
Խանգարման չափում
Մենք կարող ենք իմանալ տարբեր նյութերի ներքին էներգիան, ծավալը և ճնշումը։ Այսինքն՝ մենք բոլոր հնարավորություններն ունենք նկարագրելու այս համակարգի մակրոպետությունը։ Բայց դա չի նշանակում, որ ինչ-որ նյութի միկրովիճակի մասին կարելի է որոշակի բան ասել։ Դա անելու համար դուք պետք է ամեն ինչ իմանաք նյութի յուրաքանչյուր մասնիկի արագության և տարածության մեջ դիրքի մասին: Եվ նրանց թիվը տպավորիչ հսկայական է։ Միևնույն ժամանակ, նորմալ պայմաններում մոլեկուլները գտնվում են մշտական շարժման մեջ, անընդհատ բախվում են միմյանց և ցրվում տարբեր ուղղություններով՝ վայրկյանի յուրաքանչյուր հատված փոխելով ուղղությունը։ Եվ նրանց վարքում գերակշռում է քաոսը։
Ֆիզիկայի մեջ անկարգության աստիճանը որոշելու համար ներդրվել է հատուկ մեծություն, որը կոչվում է էնտրոպիա: Այն բնութագրում է համակարգի անկանխատեսելիության աստիճանը։
Էնտրոպիան (S) թերմոդինամիկական վիճակի ֆունկցիա է, որը ծառայում է որպես չափիչհամակարգի խանգարում (անկարգություն). Էնդոթերմային պրոցեսների հավանականությունը պայմանավորված է էնտրոպիայի փոփոխությամբ, քանի որ մեկուսացված համակարգերում ինքնաբուխ պրոցեսի էնտրոպիան մեծանում է ΔS >0 (թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը):
Կատարյալ կառուցվածքով մարմին
Անորոշության աստիճանը հատկապես բարձր է գազերում։ Ինչպես գիտեք, նրանք չունեն ձև և ծավալ։ Միեւնույն ժամանակ, նրանք կարող են անորոշ ժամանակով ընդլայնվել: Գազի մասնիկները ամենաշարժունակն են, հետևաբար դրանց արագությունն ու գտնվելու վայրը ամենաանկանխատեսելին են։
Կոշտ մարմինները բոլորովին այլ հարց են: Բյուրեղային կառուցվածքում մասնիկներից յուրաքանչյուրը որոշակի տեղ է զբաղեցնում՝ որոշակի կետից կատարելով միայն որոշ թրթռումներ։ Այստեղ դժվար չէ, իմանալով մեկ ատոմի դիրքը, որոշել մնացած բոլորի պարամետրերը։ Բացարձակ զրոյի դեպքում պատկերը լիովին ակնհայտ է դառնում։ Ահա թե ինչ է ասում թերմոդինամիկայի երրորդ օրենքը և Պլանկի պոստուլատը:
Եթե նման մարմինը բարձրացվի գետնից վեր, ապա համակարգի մոլեկուլներից յուրաքանչյուրի շարժման հետագիծը կհամընկնի բոլոր մյուսների հետ, ընդ որում՝ այն նախապես և հեշտությամբ որոշվելու է։ Երբ մարմինը, ազատ արձակվելով, ընկնում է, ցուցիչները անմիջապես կփոխվեն։ Գետնին հարվածելուց մասնիկները ձեռք կբերեն կինետիկ էներգիա։ Այն խթան կհաղորդի ջերմային շարժմանը։ Սա նշանակում է, որ ջերմաստիճանը կբարձրանա, որն այլեւս զրո չի լինի։ Եվ անմիջապես կառաջանա էնտրոպիան՝ որպես քաոսային գործող համակարգի անկարգության չափիչ։
Հատկություններ
Ցանկացած անվերահսկելի փոխազդեցություն հրահրում է էնտրոպիայի աճ: Նորմալ պայմաններում այն կարող է կա՛մ մնալ հաստատուն, կա՛մ աճել, բայց ոչ պակասել: Թերմոդինամիկայի մեջ դա պարզվում է, որ դրա երկրորդ օրենքի հետևանքն է, որն արդեն նշվել է ավելի վաղ:
Ստանդարտ մոլային էնտրոպիաները երբեմն կոչվում են բացարձակ էնտրոպիաներ: Դրանք էնտրոպիայի փոփոխություններ չեն, որոնք ուղեկցում են միացության ձևավորմանը նրա ազատ տարրերից։ Հարկ է նաև նշել, որ ազատ տարրերի ստանդարտ մոլային էնտրոպիաները (պարզ նյութերի տեսքով) հավասար չեն զրոյի։
Պլանկի պոստուլատի գալուստով բացարձակ էնտրոպիան որոշվելու հնարավորություն ունի: Սակայն այս դրույթի հետևանքն է նաև այն, որ բնության մեջ հնարավոր չէ հասնել զրոյի ջերմաստիճանի ըստ Քելվինի, այլ միայն հնարավորինս մոտենալ դրան։
Տեսականորեն Միխայիլ Լոմոնոսովին հաջողվել է կանխատեսել ջերմաստիճանի նվազագույնի առկայությունը։ Նա ինքը գործնականում հասավ սնդիկի սառեցմանը մինչև -65 ° Celsius: Այսօր լազերային սառեցման միջոցով նյութերի մասնիկները հասցվում են գրեթե բացարձակ զրոյի վիճակի։ Ավելի ճիշտ՝ մինչև 10-9 աստիճան Քելվինի սանդղակի վրա։ Այնուամենայնիվ, չնայած այս արժեքը աննշան է, այն դեռ 0 չէ:
Իմաստ
Վերոնշյալ պոստուլատը, որը ձևակերպվել էր անցյալ դարի սկզբին Պլանկի կողմից, ինչպես նաև հեղինակի կողմից այս ուղղությամբ հետագա աշխատությունները, հսկայական խթան հաղորդեցին տեսական ֆիզիկայի զարգացմանը, ինչը հանգեցրեց դրա զգալի աճին.առաջընթաց շատ ոլորտներում: Եվ նույնիսկ նոր գիտություն առաջացավ՝ քվանտային մեխանիկա։
Հիմնվելով Պլանկի տեսության և Բորի պոստուլատների վրա՝ որոշ ժամանակ անց, ավելի ճիշտ՝ 1916 թվականին, Ալբերտ Էյնշտեյնը կարողացավ նկարագրել միկրոսկոպիկ գործընթացները, որոնք տեղի են ունենում, երբ ատոմները շարժվում են նյութերում։ Այս գիտնականների բոլոր զարգացումները հետագայում հաստատվեցին լազերների, քվանտային գեներատորների և ուժեղացուցիչների, ինչպես նաև ժամանակակից այլ սարքերի ստեղծմամբ։
Մաքս Պլանկ
Այս գիտնականը ծնվել է 1858 թվականի ապրիլին։ Պլանկը ծնվել է գերմանական Կիլ քաղաքում հայտնի զինվորականների, գիտնականների, իրավաբանների և եկեղեցական առաջնորդների ընտանիքում։ Նույնիսկ գիմնազիայում նա ուշագրավ կարողություններ է դրսևորել մաթեմատիկայի և այլ գիտությունների մեջ։ Բացի ճշգրիտ առարկաներից, նա սովորել է երաժշտություն, որտեղ ցույց է տվել նաև իր զգալի տաղանդը։
Երբ ընդունվեց համալսարան, նա նախընտրեց սովորել տեսական ֆիզիկա։ Հետո աշխատել է Մյունխենում։ Այստեղ նա սկսեց ուսումնասիրել թերմոդինամիկան՝ ներկայացնելով իր աշխատանքը գիտական աշխարհին։ 1887 թվականին Պլանկն իր գործունեությունը շարունակեց Բեռլինում։ Այս շրջանը ներառում է այնպիսի փայլուն գիտական նվաճում, ինչպիսին է քվանտային վարկածը, որի խորը իմաստը մարդիկ կարողացան հասկանալ միայն ավելի ուշ։ Այս տեսությունը լայնորեն ճանաչվեց և գիտական հետաքրքրություն առաջացրեց միայն 20-րդ դարի սկզբին։ Բայց հենց նրա շնորհիվ է, որ Պլանկը լայն ճանաչում ձեռք բերեց և փառաբանեց իր անունը:
