تتم دراسة العمليات الحرارية في الطبيعة بواسطة علم الديناميكا الحرارية. يصف جميع تحولات الطاقة الجارية باستخدام معلمات مثل الحجم والضغط ودرجة الحرارة وتجاهل التركيب الجزيئي للمواد والأشياء ، فضلاً عن عامل الوقت. يعتمد هذا العلم على ثلاثة قوانين أساسية. آخرهم له عدة صيغ. الأكثر استخدامًا في العالم الحديث هو الذي أطلق عليه اسم "افتراض بلانك". سمي هذا القانون على اسم العالم الذي استنبطه وصاغه. هذا ماكس بلانك ، الممثل اللامع للعالم العلمي الألماني ، عالم الفيزياء النظرية في القرن الماضي.
البدايات الأولى والثانية
قبل صياغة افتراض بلانك ، دعونا نتعرف أولاً باختصار على قانونين آخرين للديناميكا الحرارية. أولهما يؤكد الحفاظ الكامل على الطاقة في جميع الأنظمة المعزولة عن العالم الخارجي. نتيجته هي إنكار إمكانية القيام بعمل بدون مصدر خارجي ، وبالتالي إنشاء آلة دائمة الحركة ،والتي ستعمل بطريقة مماثلة (أي VD من النوع الأول).
ينص القانون الثاني على أن جميع الأنظمة تميل إلى التوازن الديناميكي الحراري ، بينما تقوم الأجسام الساخنة بنقل الحرارة إلى أجسام أكثر برودة ، ولكن ليس العكس. وبعد معادلة درجات الحرارة بين هذه الأجسام تتوقف كل العمليات الحرارية.
فرضية بلانك
كل ما سبق ينطبق على الظواهر الكهربائية والمغناطيسية والكيميائية ، وكذلك العمليات التي تحدث في الفضاء الخارجي. اليوم ، قوانين الديناميكا الحرارية لها أهمية خاصة. بالفعل ، يعمل العلماء بشكل مكثف في اتجاه مهم. باستخدام هذه المعرفة ، يسعون لإيجاد مصادر جديدة للطاقة.
العبارة الثالثة تتعلق بسلوك الأجسام المادية في درجات حرارة منخفضة للغاية. مثل القانونين الأولين ، فإنه يعطي المعرفة حول أساس الكون.
صياغة افتراض بلانك على النحو التالي:
إنتروبيا بلورة مكونة بشكل صحيح من مادة نقية عند درجة حرارة الصفر المطلق هي صفر.
قدم هذا الموقف للعالم من قبل المؤلف في عام 1911. وأثارت في تلك الأيام الكثير من الجدل. ومع ذلك ، فإن الإنجازات اللاحقة للعلم ، وكذلك التطبيق العملي لأحكام الديناميكا الحرارية والحسابات الرياضية ، أثبتت صحتها.
درجة الحرارة المطلقة صفر
الآن دعونا نشرح بمزيد من التفصيل ما هو معنى القانون الثالث للديناميكا الحرارية ، بناءً على افتراض بلانك. ولنبدأ بمفهوم مهم مثل الصفر المطلق. هذه هي أدنى درجة حرارة يمكن أن تحصل عليها أجسام العالم المادي فقط.أقل من هذا الحد ، وفقًا لقوانين الطبيعة ، لا يمكن أن يسقط.
بالدرجة المئوية هذه القيمة -273.15 درجة. ولكن على مقياس كلفن ، تعتبر هذه العلامة مجرد نقطة البداية. ثبت أنه في مثل هذه الحالة تكون طاقة جزيئات أي مادة صفرية. حركتهم توقفت تماما. في الشبكة البلورية ، تحتل الذرات موقعًا واضحًا غير متغير في عقدها ، دون أن تكون قادرة على التذبذب ولو بشكل طفيف.
وغني عن القول أن جميع الظواهر الحرارية في النظام تتوقف أيضًا في ظل ظروف معينة. يدور افتراض بلانك حول حالة البلورة العادية عند درجة حرارة مطلقة صفر.
قياس الفوضى
يمكننا معرفة الطاقة الداخلية وحجم وضغط المواد المختلفة. أي ، لدينا كل الفرص لوصف الحالة الكلية لهذا النظام. لكن هذا لا يعني أنه من الممكن قول شيء محدد عن الحالة الدقيقة لبعض المواد. للقيام بذلك ، تحتاج إلى معرفة كل شيء عن السرعة والموقع في الفضاء لكل جسيم من جسيمات المادة. وعددهم ضخم بشكل مثير للإعجاب. في الوقت نفسه ، في ظل الظروف العادية ، تكون الجزيئات في حركة ثابتة ، وتتصادم باستمرار مع بعضها البعض وتنتشر في اتجاهات مختلفة ، وتغير الاتجاه في كل جزء من اللحظة. وسلوكهم تهيمن عليه الفوضى
لتحديد درجة الاضطراب في الفيزياء ، تم إدخال كمية خاصة تسمى الإنتروبيا. يميز درجة عدم القدرة على التنبؤ بالنظام.
Entropy (S) هي وظيفة حالة ديناميكية حرارية تعمل كمقياساضطراب (اضطراب) في النظام. ترجع احتمالية العمليات الماصة للحرارة إلى تغيير في الإنتروبيا ، لأنه في الأنظمة المعزولة ، تزيد إنتروبيا العملية العفوية ΔS >0 (القانون الثاني للديناميكا الحرارية).
جسم منظم تمامًا
درجة عدم اليقين عالية بشكل خاص في الغازات. كما تعلم ، ليس لديهم شكل وحجم. في نفس الوقت يمكنهم التوسع إلى أجل غير مسمى. جزيئات الغاز هي الأكثر قدرة على الحركة ، وبالتالي فإن سرعتها وموقعها لا يمكن التنبؤ بهما.
الأجسام الصلبة هي مسألة أخرى تمامًا. في التركيب البلوري ، يحتل كل جسيم مكانًا معينًا ، ويحدث بعض الاهتزازات فقط من نقطة معينة. ليس من الصعب هنا ، بمعرفة موقع ذرة واحدة ، تحديد معاملات جميع الذرات الأخرى. عند الصفر المطلق ، تصبح الصورة واضحة تمامًا. هذا ما يقوله القانون الثالث للديناميكا الحرارية ومسلمة بلانك.
إذا تم رفع مثل هذا الجسم فوق الأرض ، فإن مسار حركة كل جزيء من جزيئات النظام سيتزامن مع جميع الجزيئات الأخرى ، علاوة على ذلك ، فسيتم تحديده مسبقًا ويمكن تحديده بسهولة. عندما يتم إطلاق الجسم ، يسقط ، ستتغير المؤشرات على الفور. من اصطدامها بالأرض ، تكتسب الجسيمات طاقة حركية. سيعطي قوة دفع للحركة الحرارية. هذا يعني أن درجة الحرارة سترتفع ولن تكون صفراً بعد الآن. وعلى الفور ستظهر الإنتروبيا ، كمقياس لاضطراب نظام يعمل بشكل فوضوي.
الميزات
أي تفاعل لا يمكن التحكم فيه يؤدي إلى زيادة في الإنتروبيا. في ظل الظروف العادية ، يمكن أن تظل ثابتة أو تزيد ، ولكن لا تنقص. في الديناميكا الحرارية ، تبين أن هذا نتيجة لقانونها الثاني ، الذي سبق ذكره سابقًا.
أحيانًا تسمى الانتروبيا المولية القياسية الانتروبيا المطلقة. إنها ليست تغييرات إنتروبيا تصاحب تكوين المركب من عناصره الحرة. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن الانتروبيا المولية القياسية للعناصر الحرة (في شكل مواد بسيطة) لا تساوي الصفر.
مع ظهور افتراض بلانك ، فإن الإنتروبيا المطلقة لديها فرصة لتحديدها. ومع ذلك ، فإن نتيجة هذا الحكم هي أيضًا أنه في الطبيعة لا يمكن الوصول إلى درجة حرارة الصفر وفقًا لكلفن ، ولكن فقط الاقتراب منها قدر الإمكان.
من الناحية النظرية ، تمكن ميخائيل لومونوسوف من التنبؤ بوجود درجة حرارة دنيا. هو نفسه حقق عمليا تجميد الزئبق إلى -65 درجة مئوية. اليوم ، عن طريق التبريد بالليزر ، يتم نقل جزيئات المواد تقريبًا إلى حالة الصفر المطلق. بتعبير أدق ، ما يصل إلى 10-9درجات على مقياس كلفن. ومع ذلك ، على الرغم من أن هذه القيمة لا تذكر ، إلا أنها لا تزال غير 0.
المعنى
الافتراض أعلاه ، الذي صاغه بلانك في بداية القرن الماضي ، بالإضافة إلى الأعمال اللاحقة في هذا الاتجاه من قبل المؤلف ، أعطت دفعة هائلة لتطوير الفيزياء النظرية ، مما أدى إلى زيادة كبيرة فيالتقدم في العديد من المجالات. وحتى علم جديد ظهر - ميكانيكا الكم.
بناءً على نظرية بلانك وافتراضات بوهر ، بعد مرور بعض الوقت ، وبشكل أكثر دقة في عام 1916 ، تمكن ألبرت أينشتاين من وصف العمليات المجهرية التي تحدث عندما تتحرك الذرات في المواد. تم تأكيد جميع تطورات هؤلاء العلماء لاحقًا من خلال إنشاء أجهزة الليزر والمولدات الكمومية ومضخمات الصوت ، بالإضافة إلى الأجهزة الحديثة الأخرى.
ماكس بلانك
ولد هذا العالم في عام 1858 في أبريل. وُلد بلانك في مدينة كيل الألمانية في عائلة من رجال الجيش المشهورين والعلماء والمحامين وقادة الكنيسة. حتى في صالة الألعاب الرياضية ، أظهر قدرات ملحوظة في الرياضيات والعلوم الأخرى. بالإضافة إلى التخصصات الدقيقة ، درس الموسيقى ، حيث أظهر أيضًا مواهبه الكبيرة.
عندما دخل الجامعة اختار دراسة الفيزياء النظرية. ثم عمل في ميونيخ. هنا بدأ في دراسة الديناميكا الحرارية ، وعرض أعماله على العالم العلمي. في عام 1887 واصل بلانك أنشطته في برلين. تتضمن هذه الفترة إنجازًا علميًا رائعًا مثل فرضية الكم ، المعنى العميق الذي لم يتمكن الناس من فهمه إلا لاحقًا. تم الاعتراف بهذه النظرية على نطاق واسع وحظيت باهتمام علمي فقط في بداية القرن العشرين. لكن بفضلها اكتسب بلانك شعبية واسعة ومجد اسمه.
