Các quá trình nhiệt trong tự nhiên được nghiên cứu bởi khoa học nhiệt động lực học. Nó mô tả tất cả các quá trình chuyển đổi năng lượng đang diễn ra bằng cách sử dụng các thông số như thể tích, áp suất, nhiệt độ, bỏ qua cấu trúc phân tử của các chất và vật thể, cũng như yếu tố thời gian. Khoa học này dựa trên ba định luật cơ bản. Cuối cùng trong số họ có một số công thức. Được sử dụng phổ biến nhất trong thế giới hiện đại là định đề có tên "Định đề Planck". Định luật này được đặt theo tên của nhà khoa học đã suy luận và xây dựng nên nó. Đây là Max Planck, một đại diện sáng giá của thế giới khoa học Đức, một nhà vật lý lý thuyết của thế kỷ trước.
Khởi đầu thứ nhất và thứ hai
Trước khi xây dựng định đề Planck, trước tiên hãy làm quen với hai định luật nhiệt động lực học khác. Điều đầu tiên trong số họ khẳng định sự bảo toàn hoàn toàn năng lượng trong tất cả các hệ thống cách ly với thế giới bên ngoài. Hệ quả của nó là từ chối khả năng thực hiện công việc mà không có nguồn bên ngoài, và do đó tạo ra một cỗ máy chuyển động vĩnh viễn,sẽ hoạt động theo cách tương tự (tức là VD thuộc loại đầu tiên).
Định luật thứ hai nói rằng tất cả các hệ thống đều có xu hướng cân bằng nhiệt động lực học, trong khi các vật thể nóng lên truyền nhiệt cho vật lạnh hơn, nhưng không ngược lại. Và sau khi cân bằng nhiệt độ giữa các vật thể này, tất cả các quá trình nhiệt sẽ dừng lại.
Định đề của Planck
Tất cả những điều trên đều áp dụng cho các hiện tượng điện, từ, hóa học, cũng như các quá trình xảy ra trong không gian vũ trụ. Ngày nay, các định luật nhiệt động lực học có tầm quan trọng đặc biệt. Hiện tại, các nhà khoa học đang làm việc chuyên sâu theo một hướng quan trọng. Sử dụng kiến thức này, họ tìm kiếm những nguồn năng lượng mới.
Tuyên bố thứ ba liên quan đến hành vi của các cơ thể vật chất ở nhiệt độ cực thấp. Giống như hai định luật đầu tiên, nó cung cấp kiến thức về cơ sở của vũ trụ.
Công thức của định đề Planck như sau:
Entropy của một tinh thể được tạo thành đúng cách của một chất tinh khiết ở nhiệt độ không tuyệt đối là 0.
Vị trí này được tác giả trao tặng cho thế giới vào năm 1911. Và trong những ngày đó đã gây ra rất nhiều tranh cãi. Tuy nhiên, những thành tựu sau đó của khoa học, cũng như ứng dụng thực tế của các quy định của nhiệt động lực học và tính toán toán học, đã chứng minh sự thật của nó.
Nhiệt độ tuyệt đối không
Bây giờ chúng ta hãy giải thích chi tiết hơn ý nghĩa của định luật thứ ba của nhiệt động lực học, dựa trên định đề của Planck. Và hãy bắt đầu với một khái niệm quan trọng như độ không tuyệt đối. Đây là nhiệt độ thấp nhất mà các cơ thể của thế giới vật chất chỉ có thể có. Dưới giới hạn này, theo quy luật tự nhiên, nó không thể giảm xuống.
Theo độ C, giá trị này là -273,15 độ. Nhưng trên thang Kelvin, mốc này chỉ được coi là điểm khởi đầu. Người ta chứng minh rằng ở trạng thái như vậy năng lượng của các phân tử của bất kỳ chất nào đều bằng không. Chuyển động của họ hoàn toàn bị dừng lại. Trong mạng tinh thể, các nguyên tử chiếm một vị trí rõ ràng, không thay đổi trong các nút của nó, mà không thể dao động dù chỉ một chút.
Không cần phải nói rằng tất cả các hiện tượng nhiệt trong hệ thống cũng dừng lại trong các điều kiện nhất định. Định đề của Planck là về trạng thái của một tinh thể thông thường ở nhiệt độ tuyệt đối bằng không.
Biện pháp rối loạn
Chúng ta có thể biết nội năng, thể tích và áp suất của các chất khác nhau. Đó là, chúng tôi có mọi cơ hội để mô tả trạng thái vĩ mô của hệ thống này. Nhưng điều này không có nghĩa là có thể nói điều gì đó chắc chắn về vi hạt của một số chất. Để làm được điều này, bạn cần biết mọi thứ về tốc độ và vị trí trong không gian của từng hạt vật chất. Và số lượng của họ là rất lớn. Đồng thời, ở điều kiện bình thường, các phân tử chuyển động không ngừng, liên tục va chạm vào nhau và phân tán theo nhiều hướng khác nhau, đổi hướng trong mỗi phần tích tắc. Và hành vi của họ bị chi phối bởi sự hỗn loạn.
Để xác định mức độ rối loạn trong vật lý, một đại lượng đặc biệt gọi là entropy đã được đưa vào. Nó đặc trưng cho mức độ không thể đoán trước của hệ thống.
Entropy (S) là một hàm trạng thái nhiệt động lực học dùng làm thước đorối loạn (rối loạn) của hệ thống. Khả năng xảy ra các quá trình thu nhiệt là do sự thay đổi trong entropi, bởi vì trong các hệ cô lập, entropi của một quá trình tự phát tăng ΔS >0 (định luật thứ hai của nhiệt động lực học).
Cơ thể có cấu trúc hoàn hảo
Mức độ không chắc chắn đặc biệt cao trong các loại khí. Như bạn đã biết, chúng không có hình dạng và khối lượng. Đồng thời, chúng có thể mở rộng vô thời hạn. Các hạt khí di động nhất, do đó tốc độ và vị trí của chúng là không thể đoán trước được.
Cơ thể cứng nhắc lại là một vấn đề khác. Trong cấu trúc tinh thể, mỗi hạt chiếm một vị trí nhất định, chỉ tạo ra một số dao động từ một điểm nhất định. Ở đây không khó, biết được vị trí của một nguyên tử, để xác định các thông số của tất cả các nguyên tử khác. Ở độ không tuyệt đối, bức tranh trở nên hoàn toàn rõ ràng. Đây là định luật thứ ba của nhiệt động lực học và định đề Planck nói.
Nếu một vật thể như vậy được nâng lên trên mặt đất, quỹ đạo chuyển động của từng phân tử trong hệ thống sẽ trùng với tất cả các phân tử khác, hơn nữa, nó sẽ được xác định trước và dễ dàng. Khi cơ thể, được thả ra, rơi xuống, các chỉ số sẽ ngay lập tức thay đổi. Từ khi chạm đất, các hạt sẽ thu được động năng. Nó sẽ tạo động lực cho chuyển động nhiệt. Điều này có nghĩa là nhiệt độ sẽ tăng lên, không còn bằng 0 nữa. Và ngay lập tức entropy sẽ phát sinh, như một thước đo sự rối loạn của một hệ thống hoạt động hỗn loạn.
Tính năng
Bất kỳ tương tác nào không được kiểm soát đều gây ra sự gia tăng entropy. Trong điều kiện bình thường, nó có thể không đổi hoặc tăng, nhưng không giảm. Trong nhiệt động lực học, điều này hóa ra là hệ quả của định luật thứ hai, đã được đề cập trước đó.
Các entropi mol tiêu chuẩn đôi khi được gọi là entropi tuyệt đối. Chúng không phải là những thay đổi entropi đi kèm với sự hình thành hợp chất từ các nguyên tố tự do của nó. Cũng cần lưu ý rằng entropi mol tiêu chuẩn của các nguyên tố tự do (ở dạng đơn chất) không bằng 0.
Với sự ra đời của định đề Planck, entropy tuyệt đối có cơ hội được xác định. Tuy nhiên, một hệ quả của điều khoản này là trong tự nhiên, không thể đạt đến nhiệt độ 0 theo Kelvin, mà chỉ có thể đến gần nhiệt độ nhất có thể.
Về mặt lý thuyết, Mikhail Lomonosov đã dự đoán được sự tồn tại của nhiệt độ tối thiểu. Bản thân ông thực tế đã đạt được mức đóng băng của thủy ngân đến -65 ° C. Ngày nay, bằng phương pháp làm lạnh bằng tia laze, các hạt vật chất được đưa gần như về trạng thái không tuyệt đối. Chính xác hơn, lên đến 10-9độ trên thang Kelvin. Tuy nhiên, mặc dù giá trị này không đáng kể, nhưng nó vẫn không bằng 0.
Có nghĩa là
Định đề trên, được đưa ra vào đầu thế kỷ trước bởi Planck, cũng như các công trình tiếp theo của tác giả theo hướng này, đã tạo ra một động lực to lớn cho sự phát triển của vật lý lý thuyết, dẫn đến sự gia tăng đáng kể của nótiến bộ trong nhiều lĩnh vực. Và thậm chí một ngành khoa học mới đã xuất hiện - cơ học lượng tử.
Dựa trên lý thuyết của Planck và các định đề của Bohr, sau một thời gian, chính xác hơn là vào năm 1916, Albert Einstein đã có thể mô tả các quá trình vi mô xảy ra khi các nguyên tử chuyển động trong các chất. Tất cả những phát triển của các nhà khoa học này sau đó đã được xác nhận bởi việc tạo ra tia laser, máy phát lượng tử và bộ khuếch đại, cũng như các thiết bị hiện đại khác.
Max Planck
Nhà khoa học này sinh năm 1858 vào tháng Tư. Planck sinh ra tại thành phố Kiel của Đức trong một gia đình gồm các quân nhân, nhà khoa học, luật sư và nhà lãnh đạo nhà thờ nổi tiếng. Ngay cả trong phòng tập thể dục, cậu ấy đã thể hiện khả năng vượt trội về toán học và các môn khoa học khác. Ngoài các ngành học chính xác, anh ấy còn học âm nhạc, nơi anh ấy cũng thể hiện tài năng đáng kể của mình.
Khi vào đại học, anh ấy chọn học vật lý lý thuyết. Sau đó, anh ấy làm việc ở Munich. Tại đây, ông bắt đầu nghiên cứu nhiệt động lực học, trình bày công trình của mình với giới khoa học. Năm 1887, Planck tiếp tục các hoạt động của mình tại Berlin. Thời kỳ này bao gồm một thành tựu khoa học rực rỡ như giả thuyết lượng tử, ý nghĩa sâu xa mà sau này con người mới có thể hiểu được. Lý thuyết này đã được công nhận rộng rãi và chỉ thu hút được sự quan tâm của giới khoa học vào đầu thế kỷ 20. Nhưng chính nhờ cô ấy mà Planck đã trở nên nổi tiếng rộng rãi và làm rạng danh tên tuổi của mình.
