Proses termal di alam dipelajari oleh ilmu termodinamika. Ini menggambarkan semua transformasi energi yang sedang berlangsung menggunakan parameter seperti volume, tekanan, suhu, mengabaikan struktur molekul zat dan benda, serta faktor waktu. Ilmu ini didasarkan pada tiga hukum dasar. Yang terakhir dari mereka memiliki beberapa formulasi. Yang paling umum digunakan di dunia modern adalah yang menerima nama "postulat Planck". Hukum ini dinamai ilmuwan yang menyimpulkan dan merumuskannya. Ini Max Planck, perwakilan cemerlang dari dunia ilmiah Jerman, fisikawan teoretis abad terakhir.
Awal pertama dan kedua
Sebelum merumuskan postulat Planck mari kita berkenalan terlebih dahulu dengan dua hukum termodinamika lainnya. Yang pertama menegaskan konservasi energi yang lengkap di semua sistem yang terisolasi dari dunia luar. Konsekuensinya adalah penolakan kemungkinan melakukan pekerjaan tanpa sumber eksternal, dan karenanya penciptaan mesin gerak abadi,yang akan bekerja dengan cara yang sama (yaitu, VD jenis pertama).
Hukum kedua mengatakan bahwa semua sistem cenderung pada kesetimbangan termodinamika, sementara benda yang dipanaskan mentransfer panas ke yang lebih dingin, tetapi tidak sebaliknya. Dan setelah pemerataan suhu antara benda-benda ini, semua proses termal berhenti.
postulat Planck
Semua hal di atas berlaku untuk fenomena listrik, magnet, kimia, serta proses yang terjadi di luar angkasa. Saat ini, hukum termodinamika sangat penting. Sudah, para ilmuwan secara intensif bekerja ke arah yang penting. Dengan menggunakan pengetahuan ini, mereka mencari sumber energi baru.
Pernyataan ketiga menyangkut perilaku tubuh fisik pada suhu yang sangat rendah. Seperti dua hukum pertama, ia memberikan pengetahuan tentang dasar alam semesta.
Rumusan postulat Planck adalah sebagai berikut:
Entropi kristal zat murni yang terbentuk dengan benar pada suhu nol mutlak adalah nol.
Posisi ini disajikan kepada dunia oleh penulis pada tahun 1911. Dan pada masa itu menimbulkan banyak kontroversi. Namun, pencapaian sains selanjutnya, serta penerapan praktis ketentuan termodinamika dan perhitungan matematis, membuktikan kebenarannya.
Suhu mutlak nol
Sekarang mari kita jelaskan lebih detail apa yang dimaksud dengan hukum ketiga termodinamika berdasarkan postulat Planck. Dan mari kita mulai dengan konsep penting seperti nol mutlak. Ini adalah suhu terendah yang hanya bisa dimiliki oleh tubuh dunia fisik. Di bawah batas ini, menurut hukum alam, ia tidak dapat jatuh.
Dalam Celcius, nilainya adalah -273,15 derajat. Namun dalam skala Kelvin, tanda ini hanya dianggap sebagai titik awal. Terbukti bahwa dalam keadaan seperti itu energi molekul zat apa pun adalah nol. Gerakan mereka benar-benar terhenti. Dalam kisi kristal, atom menempati posisi yang jelas dan tidak berubah di simpulnya, tanpa dapat berfluktuasi sedikit pun.
Tak perlu dikatakan lagi bahwa semua fenomena termal dalam sistem juga berhenti pada kondisi tertentu. Postulat Planck adalah tentang keadaan kristal biasa pada suhu mutlak nol.
Ukuran gangguan
Kita dapat mengetahui energi dalam, volume, dan tekanan berbagai zat. Artinya, kita memiliki setiap kesempatan untuk menggambarkan keadaan makro dari sistem ini. Tetapi ini tidak berarti bahwa adalah mungkin untuk mengatakan sesuatu yang pasti tentang keadaan mikro suatu zat. Untuk melakukan ini, Anda perlu mengetahui segala sesuatu tentang kecepatan dan posisi di ruang setiap partikel materi. Dan jumlah mereka sangat besar. Pada saat yang sama, dalam kondisi normal, molekul-molekul bergerak konstan, terus-menerus saling bertabrakan dan menyebar ke arah yang berbeda, mengubah arah setiap sepersekian detik. Dan perilaku mereka didominasi oleh kekacauan.
Untuk menentukan tingkat ketidakteraturan dalam fisika, besaran khusus yang disebut entropi telah diperkenalkan. Ini mencirikan tingkat ketidakpastian sistem.
Entropi (S) adalah fungsi keadaan termodinamika yang berfungsi sebagai ukurangangguan (disorder) dari sistem. Kemungkinan terjadinya proses endoterm adalah karena adanya perubahan entropi, karena dalam sistem yang terisolasi entropi dari proses spontan meningkat S >0 (hukum kedua termodinamika).
Tubuh yang terstruktur sempurna
Tingkat ketidakpastian sangat tinggi dalam gas. Seperti yang Anda ketahui, mereka tidak memiliki bentuk dan volume. Pada saat yang sama, mereka dapat berkembang tanpa batas. Partikel gas adalah yang paling mobile, oleh karena itu kecepatan dan lokasinya paling tidak dapat diprediksi.
Tubuh kaku adalah masalah lain. Dalam struktur kristal, masing-masing partikel menempati tempat tertentu, hanya membuat beberapa getaran dari titik tertentu. Di sini tidaklah sulit, mengetahui posisi satu atom, untuk menentukan parameter semua atom lainnya. Pada nol mutlak, gambar menjadi sangat jelas. Inilah yang dikatakan hukum ketiga termodinamika dan postulat Planck.
Jika benda seperti itu dinaikkan di atas tanah, lintasan pergerakan masing-masing molekul sistem akan bertepatan dengan yang lain, terlebih lagi, itu akan lebih awal dan mudah ditentukan. Ketika tubuh, dilepaskan, jatuh, indikator akan segera berubah. Dari memukul tanah, partikel akan memperoleh energi kinetik. Ini akan memberikan dorongan untuk gerakan termal. Ini berarti bahwa suhu akan meningkat, yang tidak akan lagi menjadi nol. Dan segera entropi akan muncul, sebagai ukuran ketidakteraturan sistem yang berfungsi secara kacau.
Fitur
Setiap interaksi yang tidak terkendali memicu peningkatan entropi. Dalam kondisi normal, itu bisa tetap konstan atau meningkat, tetapi tidak berkurang. Dalam termodinamika, ini ternyata merupakan konsekuensi dari hukum kedua, yang telah disebutkan sebelumnya.
Entropi molar standar kadang-kadang disebut entropi absolut. Bukan perubahan entropi yang menyertai pembentukan senyawa dari unsur-unsur bebasnya. Perlu juga dicatat bahwa entropi molar standar unsur bebas (dalam bentuk zat sederhana) tidak sama dengan nol.
Dengan munculnya postulat Planck, entropi absolut memiliki peluang untuk ditentukan. Namun, konsekuensi dari ketentuan ini juga adalah bahwa di alam tidak mungkin untuk mencapai suhu nol menurut Kelvin, tetapi hanya untuk sedekat mungkin dengannya.
Secara teoritis, Mikhail Lomonosov berhasil memprediksi keberadaan suhu minimum. Dia sendiri praktis mencapai pembekuan merkuri hingga -65 ° Celcius. Hari ini, melalui pendinginan laser, partikel zat dibawa hampir ke keadaan nol mutlak. Lebih tepatnya, hingga 10-9 derajat pada skala Kelvin. Namun, meskipun nilai ini dapat diabaikan, tetap tidak 0.
Arti
postulat di atas, dirumuskan pada awal abad terakhir oleh Planck, serta karya-karya berikutnya dalam arah ini oleh penulis, memberikan dorongan besar untuk pengembangan fisika teoretis, yang menghasilkan peningkatan yang signifikan dalamkemajuan di banyak bidang. Dan bahkan ilmu baru muncul - mekanika kuantum.
Berdasarkan teori Planck dan postulat Bohr, setelah beberapa waktu, lebih tepatnya pada tahun 1916, Albert Einstein mampu menggambarkan proses mikroskopis yang terjadi ketika atom bergerak dalam zat. Semua perkembangan para ilmuwan ini kemudian dikonfirmasi oleh penciptaan laser, generator kuantum dan amplifier, serta perangkat modern lainnya.
Max Planck
Ilmuwan ini lahir pada tahun 1858 di bulan April. Planck lahir di kota Kiel, Jerman, dalam keluarga militer terkenal, ilmuwan, pengacara, dan pemimpin gereja. Bahkan di gimnasium, ia menunjukkan kemampuan luar biasa dalam matematika dan ilmu-ilmu lainnya. Selain disiplin ilmu yang tepat, ia belajar musik, di mana ia juga menunjukkan bakatnya yang luar biasa.
Saat masuk universitas, ia memilih untuk belajar fisika teoretis. Kemudian dia bekerja di Munich. Di sini ia mulai mempelajari termodinamika, mempresentasikan karyanya ke dunia ilmiah. Pada tahun 1887 Planck melanjutkan aktivitasnya di Berlin. Periode ini mencakup pencapaian ilmiah yang begitu cemerlang seperti hipotesis kuantum, makna mendalam yang hanya dapat dipahami orang kemudian. Teori ini secara luas diakui dan memperoleh minat ilmiah hanya pada awal abad ke-20. Tapi berkat dia, Planck mendapatkan popularitas yang luas dan memuliakan namanya.
