Tepelné procesy v přírodě studuje věda termodynamiky. Popisuje všechny probíhající energetické přeměny pomocí takových parametrů, jako je objem, tlak, teplota, ignoruje molekulární strukturu látek a předmětů a také časový faktor. Tato věda je založena na třech základních zákonech. Poslední z nich má několik formulací. Nejčastěji se v moderním světě používá ten, který dostal název „Planckův postulát“. Tento zákon je pojmenován po vědci, který jej odvodil a formuloval. Toto je Max Planck, bystrý představitel německého vědeckého světa, teoretický fyzik minulého století.
První a druhý začátek
Před formulací Planckova postulátu se nejprve krátce seznámíme se dvěma dalšími zákony termodynamiky. První z nich prosazuje úplné zachování energie ve všech systémech izolovaných od vnějšího světa. Jeho důsledkem je popření možnosti vykonávat práci bez vnějšího zdroje, a tedy vytvoření perpetum mobile,který by fungoval podobným způsobem (tj. VD prvního druhu).
Druhý zákon říká, že všechny systémy mají tendenci k termodynamické rovnováze, zatímco zahřátá tělesa předávají teplo chladnějším, ale ne naopak. A po vyrovnání teplot mezi těmito objekty se všechny tepelné procesy zastaví.
Planckův postulát
Vše výše uvedené platí pro elektrické, magnetické, chemické jevy a také procesy probíhající ve vesmíru. V dnešní době jsou obzvláště důležité termodynamické zákony. Již nyní vědci intenzivně pracují důležitým směrem. Pomocí těchto znalostí se snaží najít nové zdroje energie.
Třetí tvrzení se týká chování fyzických těl při extrémně nízkých teplotách. Stejně jako první dva zákony poskytuje znalosti o základech vesmíru.
Formulace Planckova postulátu je následující:
Entropie správně vytvořeného krystalu čisté látky při teplotách absolutní nuly je nulová.
Tento postoj byl autorem představen světu v roce 1911. A v těch dnech vyvolal mnoho kontroverzí. Avšak následné úspěchy vědy, stejně jako praktická aplikace ustanovení termodynamiky a matematických výpočtů, prokázaly svou pravdu.
Absolutní teplota nula
Nyní si vysvětlíme podrobněji, jaký je význam třetího termodynamického zákona, založeného na Planckově postulátu. A začněme tak důležitým pojmem, jako je absolutní nula. To je nejnižší teplota, kterou mohou těla fyzického světa jen mít. Pod tuto hranici podle přírodních zákonů nemůže klesnout.
Ve stupních Celsia je tato hodnota -273,15 stupňů. Ale na Kelvinově stupnici je tato značka považována pouze za výchozí bod. Je dokázáno, že v takovém stavu je energie molekul jakékoli látky nulová. Jejich pohyb je zcela zastaven. V krystalové mřížce zaujímají atomy jasnou, neměnnou polohu v jejích uzlech, aniž by byly schopny byť jen nepatrně kolísat.
Je samozřejmé, že všechny tepelné jevy v systému se za daných podmínek také zastaví. Planckův postulát je o stavu pravidelného krystalu při absolutní teplotě nula.
Míra poruchy
Můžeme znát vnitřní energii, objem a tlak různých látek. To znamená, že máme šanci popsat makrostav tohoto systému. To ale neznamená, že je možné o mikrostavu nějaké látky říci něco určitého. K tomu potřebujete vědět vše o rychlosti a poloze každé z částic hmoty v prostoru. A jejich počet je impozantně obrovský. Přitom za normálních podmínek jsou molekuly v neustálém pohybu, neustále do sebe narážejí a rozptylují se různými směry, přičemž každý zlomek okamžiku mění směr. A jejich chování ovládá chaos.
K určení stupně neuspořádanosti ve fyzice byla zavedena speciální veličina zvaná entropie. Charakterizuje stupeň nepředvídatelnosti systému.
Entropie (S) je termodynamická stavová funkce, která slouží jako míraporucha (porucha) systému. Možnost endotermických procesů je způsobena změnou entropie, protože v izolovaných systémech se entropie spontánního procesu zvyšuje ΔS >0 (druhý zákon termodynamiky).
Dokonale strukturované tělo
Stupeň nejistoty je zvláště vysoký u plynů. Jak víte, nemají tvar a objem. Zároveň se mohou neomezeně rozšiřovat. Částice plynu jsou nejmobilnější, proto je jejich rychlost a umístění nejvíce nepředvídatelné.
Tuhá těla jsou docela jiná záležitost. V krystalové struktuře každá z částic zaujímá určité místo a z určitého bodu vytváří pouze nějaké vibrace. Zde není těžké, znát polohu jednoho atomu, určit parametry všech ostatních. Při absolutní nule se obraz stává zcela zřejmým. To říká třetí termodynamický zákon a Planckův postulát.
Pokud se takové těleso zvedne nad zem, trajektorie pohybu každé z molekul systému se bude shodovat se všemi ostatními, navíc bude předem a snadno určitelná. Když uvolňované tělo spadne dolů, indikátory se okamžitě změní. Od dopadu na zem získají částice kinetickou energii. Dá impuls k tepelnému pohybu. To znamená, že se zvýší teplota, která už nebude nulová. A okamžitě se objeví entropie jako míra poruchy chaoticky fungujícího systému.
Funkce
Jakákoli nekontrolovaná interakce vyvolává nárůst entropie. Za normálních podmínek může buď zůstat konstantní, nebo se zvyšovat, ale ne klesat. V termodynamice se to ukazuje jako důsledek jejího druhého zákona, který již byl zmíněn dříve.
Standardní molární entropie se někdy nazývají absolutní entropie. Nejsou to změny entropie, které doprovázejí tvorbu sloučeniny z jejích volných prvků. Je třeba také poznamenat, že standardní molární entropie volných prvků (ve formě jednoduchých látek) se nerovnají nule.
S příchodem Planckova postulátu má šanci být stanovena absolutní entropie. Důsledkem tohoto ustanovení je však také to, že v přírodě není možné dosáhnout teplotní nuly podle Kelvina, ale pouze se k ní co nejvíce přiblížit.
Teoreticky se Michailu Lomonosovovi podařilo předpovědět existenci teplotního minima. Sám prakticky dosáhl zmrznutí rtuti na -65 °C. Dnes se pomocí laserového chlazení dostávají částice látek téměř do stavu absolutní nuly. Přesněji až 10-9 stupňů na Kelvinově stupnici. Ačkoli je tato hodnota zanedbatelná, stále to není 0.
Význam
Výše uvedený postulát, formulovaný na počátku minulého století Planckem, stejně jako následné práce autora v tomto směru daly obrovský impuls rozvoji teoretické fyziky, což mělo za následek výrazný nárůst jejípokrok v mnoha oblastech. A dokonce se objevila nová věda - kvantová mechanika.
Na základě Planckovy teorie a Bohrových postulátů byl Albert Einstein po nějaké době, přesněji v roce 1916, schopen popsat mikroskopické procesy, ke kterým dochází při pohybu atomů v látkách. Veškerý vývoj těchto vědců byl později potvrzen vytvořením laserů, kvantových generátorů a zesilovačů, stejně jako dalších moderních zařízení.
Max Planck
Tento vědec se narodil v roce 1858 v dubnu. Planck se narodil v německém městě Kiel v rodině slavných vojáků, vědců, právníků a církevních vůdců. Dokonce i na gymnáziu prokázal pozoruhodné schopnosti v matematice a dalších vědách. Kromě exaktních oborů studoval hudbu, kde také projevil své značné nadání.
Když nastoupil na univerzitu, rozhodl se pro studium teoretické fyziky. Poté působil v Mnichově. Zde začal studovat termodynamiku a prezentoval svou práci vědeckému světu. V roce 1887 Planck pokračoval ve své činnosti v Berlíně. Toto období zahrnuje tak skvělý vědecký úspěch, jako je kvantová hypotéza, jejíž hluboký význam byli lidé schopni pochopit až později. Tato teorie byla široce uznávána a vědecký zájem si vysloužila až na počátku 20. století. Ale právě díky ní si Planck získal širokou popularitu a oslavil své jméno.
