Табигаттагы жылуулук процесстерин термодинамика илими изилдейт. Ал көлөм, басым, температура сыяктуу параметрлерди колдонуп, заттардын жана нерселердин молекулярдык түзүлүшүн, ошондой эле убакыт факторун этибарга албай, бардык жүрүп жаткан энергия трансформацияларын сүрөттөйт. Бул илим үч негизги мыйзамга негизделген. Алардын акыркысы бир нече формулага ээ. Заманбап дүйнөдө эң көп колдонулганы "Планктын постулаты" деген аталышты алган. Бул мыйзам аны чыгарып, формулировка кылган окумуштуунун атынан аталган. Бул Макс Планк, Германиянын илимий дүйнөсүнүн жаркын өкүлү, өткөн кылымдын теоретик физиги.
Биринчи жана экинчи башталышы
Планктын постулатын формулировкалоодон мурда термодинамиканын башка эки мыйзамы менен кыскача таанышып алалы. Алардын биринчиси тышкы дүйнөдөн обочолонгон бардык системаларда энергиянын толук сакталышын ырастайт. Анын натыйжасы тышкы булаксыз жумуш жасоо мүмкүнчүлүгүн четке кагуу, демек, түбөлүк кыймылдаткычты түзүү,бул окшош жол менен иштейт (б.а., биринчи түрдөгү VD).
Экинчи мыйзам бардык системалар термодинамикалык тең салмактуулукка умтулат, ал эми ысытылган денелер жылуулукту муздактарга өткөрүшөт, бирок тескерисинче эмес. Жана бул объекттердин ортосундагы температуралар теңдештирилгенден кийин бардык жылуулук процесстери токтойт.
Планктын постулаты
Жогоруда айтылгандардын баары электрдик, магниттик, химиялык кубулуштарга, ошондой эле космосто болуп жаткан процесстерге тиешелүү. Бүгүнкү күндө термодинамикалык мыйзамдар өзгөчө мааниге ээ. Азыртадан эле окумуштуулар маанилүү багыт боюнча интенсивдүү иштеп жатышат. Бул билимди колдонуу менен алар энергиянын жаңы булактарын табууга умтулушат.
Үчүнчү билдирүү өтө төмөн температурадагы физикалык денелердин жүрүм-турумуна тиешелүү. Биринчи эки мыйзам сыяктуу эле, ал ааламдын негизи жөнүндө билим берет.
Планктын постулатынын формуласы төмөнкүчө:
Таза заттын туура түзүлгөн кристаллынын абсолюттук нөл температурадагы энтропиясы нөлгө барабар.
Бул позицияны автор 1911-жылы дүйнөгө тартуулаган. Анан ошол күндөрү бир топ талаш-тартыштарды жаратты. Бирок илимдин кийинки жетишкендиктери, ошондой эле термодинамиканын жоболорун практикада колдонуу жана математикалык эсептөөлөр анын чындыгын далилдеди.
Абсолюттук температура нөл
Эми Планктын постулатынын негизинде термодинамиканын үчүнчү мыйзамынын мааниси эмнеде экенин кененирээк түшүндүрүп берели. Ал эми абсолюттук нөл сыяктуу маанилүү түшүнүк менен баштайлы. Бул физикалык дүйнөнүн денелери гана ээ боло ала турган эң төмөнкү температура. Жаратылыштын мыйзамдары боюнча бул чектен төмөн түшө албайт.
Цельсий боюнча бул маани -273,15 градус. Бирок Kelvin шкаласы боюнча, бул белги жөн гана баштапкы чекит болуп саналат. Мындай абалда кандайдыр бир заттын молекулаларынын энергиясы нөлгө барабар экени далилденген. Алардын кыймылы толугу менен токтотулган. Кристалл торчосунда атомдор анын түйүндөрүндө так, өзгөрүлбөс позицияны ээлеп, бир аз да өзгөрө алышпайт.
Системадагы бардык жылуулук кубулуштары да берилген шарттарда токтой турганы айтпаса да түшүнүктүү. Планктын постулаты регулярдуу кристаллдын абсолюттук нөл температурадагы абалы жөнүндө.
Бузулгандыктын көрсөткүчү
Ар кандай заттардын ички энергиясын, көлөмүн жана басымын биле алабыз. Башкача айтканда, бул системанын макростатин сүрөттөөгө толук мүмкүнчүлүгүбүз бар. Бирок бул кандайдыр бир заттын микро абалы жөнүндө так бир нерсе айтууга болот дегенди билдирбейт. Бул үчүн, заттын бөлүкчөлөрүнүн ар биринин мейкиндиктеги ылдамдыгы жана абалы жөнүндө баарын билүү керек. Жана алардын саны абдан чоң. Ошол эле учурда нормалдуу шарттарда молекулалар тынымсыз кыймылда болуп, тынымсыз бири-бири менен кагылышып, ар кандай багыттарга чачырап, бир моменттин бир бөлүгүндө багытын өзгөртүшөт. Алардын жүрүм-турумунда башаламандык өкүм сүрөт.
Физикада тартипсиздиктин даражасын аныктоо үчүн энтропия деп аталган өзгөчө чоңдук киргизилген. Бул системанын күтүлбөгөндүк даражасын мүнөздөйт.
Энтропия (S) – өлчөм катары кызмат кылган термодинамикалык абал функциясысистеманын бузулушу (бузулганы). Эндотермиялык процесстердин болушу энтропиянын өзгөрүшү менен шартталган, анткени изоляцияланган системаларда стихиялуу процесстин энтропиясы ΔS >0 (термодинамиканын экинчи мыйзамы) жогорулайт.
Мыкты структураланган дене
Белгисиздиктин даражасы газдарда өзгөчө жогору. Белгилүү болгондой, алардын формасы жана көлөмү жок. Ошол эле учурда, алар чексиз кеңейе алат. Газ бөлүкчөлөрү эң кыймылдуу, ошондуктан алардын ылдамдыгы жана жайгашкан жери эң күтүүсүз.
Катуу денелер такыр башка маселе. Кристаллдык түзүлүштө бөлүкчөлөрдүн ар бири белгилүү бир жерди ээлеп, белгилүү бир чекиттен айрым гана термелүүлөрдү жаратат. Бул жерде бир атомдун ордун билип, калган бардык параметрлерин аныктоо кыйын эмес. Абсолюттук нөлдө сүрөт толугу менен айкын болуп калат. Бул термодинамиканын үчүнчү мыйзамы жана Планктын постулаты ушундай дейт.
Эгер мындай дене жерден жогору көтөрүлсө, системанын ар бир молекуласынын кыймыл траекториясы бардык башкалары менен дал келет, анын үстүнө алдын ала жана оңой аныкталат. Дене, бошотулуп, кулап түшкөндө, көрсөткүчтөр дароо өзгөрөт. Жерге тийгенден баштап бөлүкчөлөр кинетикалык энергияга ээ болушат. Бул жылуулук кыймылына түрткү берет. Бул температура жогорулайт дегенди билдирет, ал мындан ары нөл болбойт. Жана ошол замат энтропия баш аламан иштеген системанын бузулушунун өлчөмү катары пайда болот.
Функциялар
Контролсуз аракеттешүү энтропиянын көбөйүшүнө алып келет. Кадимки шарттарда ал туруктуу бойдон кала алат же көбөйөт, бирок азайбайт. Термодинамикада бул анын жогоруда айтылган экинчи мыйзамынын натыйжасы болуп чыгат.
Стандарттык молярлык энтропиялар кээде абсолюттук энтропиялар деп аталат. Алар анын эркин элементтеринен кошулма пайда болушу менен коштолгон энтропиялык өзгөрүүлөр эмес. Эркин элементтердин (жөнөкөй заттар түрүндө) стандарттык молярдык энтропиялары нөлгө барабар эмес экенин да белгилей кетүү керек.
Планктын постулатынын пайда болушу менен абсолюттук энтропияны аныктоо мүмкүнчүлүгү пайда болду. Бирок, бул жобонун натыйжасы табиятта Кельвин боюнча нөлдүк температурага жетүү мүмкүн эмес, бирок ага мүмкүн болушунча жакындаш үчүн гана мүмкүн.
Теориялык жактан алганда, Михаил Ломоносов температура минимумунун бар экендигин алдын ала айтууга жетишкен. Ал өзү иш жүзүндө сымаптын -65°С чейин тоңушуна жетишти. Бүгүнкү күндө лазердик муздатуу аркылуу заттардын бөлүкчөлөрү дээрлик абсолюттук нөл абалына жеткирилет. Тагыраак айтканда, Кельвин шкаласы боюнча 10-9 градуска чейин. Бирок, бул маани анча деле маанилүү эмес болсо да, ал дагы эле 0 эмес.
Мааниси
Өткөн кылымдын башында Планк тарабынан формулировкаланган жогорудагы постулат, ошондой эле автордун бул багыттагы кийинки эмгектери теориялык физиканын өнүгүшүнө эбегейсиз түрткү берип, натыйжада анынкөп тармактарда прогресс. Ал тургай жаңы илим пайда болду - кванттык механика.
Планктын теориясына жана Бордун постулаттарына таянып, бир канча убакыт өткөндөн кийин, тагыраагы 1916-жылы Альберт Эйнштейн заттарда атомдор кыймылдаганда пайда болгон микроскопиялык процесстерди сүрөттөй алган. Бул илимпоздордун бардык иштеп чыгуулары кийинчерээк лазерлердин, кванттык генераторлордун жана күчөткүчтөрдүн, ошондой эле башка заманбап түзүлүштөрдүн жаралышы менен тастыкталды.
Макс Планк
Бул окумуштуу 1858-жылы апрелде төрөлгөн. Планк Германиянын Киль шаарында белгилүү аскер адамдарынын, окумуштуулардын, юристтердин жана чиркөө башчыларынын үй-бүлөсүндө туулган. Ал тургай гимназияда математика жана башка илимдер боюнча укмуштуудай жөндөмдүүлүктөрүн көрсөткөн. Так дисциплиналардан тышкары, ал музыканы үйрөнүп, ал жерде өзүнүн бир топ талантын көрсөткөн.
Университетке киргенде теориялык физика боюнча окууну тандап алган. Андан кийин Мюнхенде иштеген. Бул жерде ал өз ишин илимий дүйнөгө тартуулап, термодинамиканы изилдей баштаган. 1887-жылы Планк Берлинде ишин уланткан. Бул мезгил кванттык гипотеза сыяктуу жаркыраган илимий жетишкендикти камтыйт, анын терең маанисин адамдар кийин гана түшүнө алышкан. Бул теория 20-кылымдын башында гана кеңири таанылып, илимий кызыгууну жараткан. Бирок анын аркасы менен Планк кеңири популярдуулукка ээ болуп, атын даңазалаган.
