Os processos térmicos na natureza são estudados pela ciência da termodinâmica. Ele descreve todas as transformações de energia em andamento usando parâmetros como volume, pressão, temperatura, ignorando a estrutura molecular de substâncias e objetos, bem como o fator tempo. Esta ciência é baseada em três leis básicas. O último deles tem várias formulações. O mais utilizado no mundo moderno é aquele que recebeu o nome de “postulado de Planck”. Esta lei tem o nome do cientista que a deduziu e formulou. Este é Max Planck, um brilhante representante do mundo científico alemão, um físico teórico do século passado.
Primeiro e segundo começo
Antes de formular o postulado de Planck, vamos nos familiarizar brevemente com duas outras leis da termodinâmica. O primeiro deles afirma a conservação completa da energia em todos os sistemas isolados do mundo exterior. Sua consequência é a negação da possibilidade de realizar trabalho sem uma fonte externa e, portanto, a criação de uma máquina de movimento perpétuo,que funcionaria de maneira semelhante (ou seja, um VD do primeiro tipo).
A segunda lei diz que todos os sistemas tendem ao equilíbrio termodinâmico, enquanto os corpos aquecidos transferem calor para os mais frios, mas não vice-versa. E após a equalização das temperaturas entre esses objetos, todos os processos térmicos param.
Postulado de Planck
Todas as opções acima se aplicam a fenômenos elétricos, magnéticos e químicos, bem como a processos que ocorrem no espaço sideral. Hoje, as leis termodinâmicas são de particular importância. Os cientistas já estão trabalhando intensamente em uma direção importante. Usando esse conhecimento, eles procuram encontrar novas fontes de energia.
A terceira afirmação diz respeito ao comportamento dos corpos físicos em temperaturas extremamente baixas. Como as duas primeiras leis, dá conhecimento sobre a base do universo.
A formulação do postulado de Planck é a seguinte:
A entropia de um cristal adequadamente formado de uma substância pura em temperaturas de zero absoluto é zero.
Esta posição foi apresentada ao mundo pelo autor em 1911. E naqueles dias causou muita polêmica. No entanto, conquistas subsequentes da ciência, bem como a aplicação prática das disposições da termodinâmica e cálculos matemáticos, provaram sua verdade.
Temperatura absoluta zero
Agora vamos explicar com mais detalhes qual é o significado da terceira lei da termodinâmica, baseada no postulado de Planck. E vamos começar com um conceito tão importante como o zero absoluto. Esta é a temperatura mais baixa que os corpos do mundo físico só podem ter. Abaixo desse limite, de acordo com as leis da natureza, não pode cair.
Em Celsius, esse valor é -273,15 graus. Mas na escala Kelvin, essa marca é considerada apenas o ponto de partida. Está provado que em tal estado a energia das moléculas de qualquer substância é zero. Seu movimento está completamente parado. Em uma rede cristalina, os átomos ocupam uma posição clara e imutável em seus nós, sem serem capazes de flutuar nem um pouco.
Não é preciso dizer que todos os fenômenos térmicos no sistema também param sob determinadas condições. O postulado de Planck é sobre o estado de um cristal regular à temperatura absoluta zero.
Medida de desordem
Podemos conhecer a energia interna, volume e pressão de várias substâncias. Ou seja, temos todas as chances de descrever o macroestado desse sistema. Mas isso não significa que seja possível dizer algo definitivo sobre o microestado de alguma substância. Para fazer isso, você precisa saber tudo sobre a velocidade e a posição no espaço de cada uma das partículas de matéria. E seu número é impressionantemente enorme. Ao mesmo tempo, em condições normais, as moléculas estão em constante movimento, colidem constantemente umas com as outras e se espalham em diferentes direções, mudando de direção a cada fração de momento. E seu comportamento é dominado pelo caos.
Para determinar o grau de desordem na física, uma quantidade especial chamada entropia foi introduzida. Caracteriza o grau de imprevisibilidade do sistema.
Entropia (S) é uma função de estado termodinâmica que serve como uma medidadesordem (desordem) do sistema. A possibilidade de processos endotérmicos se deve a uma mudança na entropia, pois em sistemas isolados a entropia de um processo espontâneo aumenta ΔS >0 (a segunda lei da termodinâmica).
Corpo perfeitamente estruturado
O grau de incerteza é especialmente alto em gases. Como você sabe, eles não têm forma e volume. Ao mesmo tempo, eles podem se expandir indefinidamente. As partículas de gás são as mais móveis, portanto sua velocidade e localização são as mais imprevisíveis.
Corpos rígidos são outra questão. Na estrutura cristalina, cada uma das partículas ocupa um determinado lugar, fazendo apenas algumas vibrações a partir de um determinado ponto. Aqui não é difícil, conhecendo a posição de um átomo, determinar os parâmetros de todos os outros. No zero absoluto, a imagem se torna completamente óbvia. Isto é o que diz a terceira lei da termodinâmica e o postulado de Planck.
Se tal corpo for elevado acima do solo, a trajetória de movimento de cada uma das moléculas do sistema coincidirá com todas as outras, além disso, será de antemão e facilmente determinada. Quando o corpo, sendo liberado, cai, os indicadores mudam imediatamente. Ao atingir o solo, as partículas adquirirão energia cinética. Ele dará impulso ao movimento térmico. Isso significa que a temperatura aumentará, que não será mais zero. E imediatamente surgirá a entropia, como medida da desordem de um sistema que funciona caoticamente.
Recursos
Qualquer interação descontrolada provoca um aumento na entropia. Em condições normais, pode permanecer constante ou aumentar, mas não diminuir. Na termodinâmica, isso acaba sendo uma consequência de sua segunda lei, já mencionada anteriormente.
As entropias molares padrão são às vezes chamadas de entropias absolutas. Não são mudanças de entropia que acompanham a formação de um composto a partir de seus elementos livres. Deve-se notar também que as entropias molares padrão de elementos livres (na forma de substâncias simples) não são iguais a zero.
Com o advento do postulado de Planck, a entropia absoluta tem uma chance de ser determinada. No entanto, uma consequência desta disposição é também que na natureza não é possível atingir a temperatura zero de acordo com Kelvin, mas apenas chegar o mais próximo possível dela.
Teoricamente, Mikhail Lomonosov conseguiu prever a existência de uma temperatura mínima. Ele próprio praticamente conseguiu o congelamento do mercúrio a -65 ° Celsius. Hoje, por meio do resfriamento a laser, as partículas das substâncias são levadas quase ao estado de zero absoluto. Mais precisamente, até 10-9 graus na escala Kelvin. No entanto, embora esse valor seja insignificante, ainda não é 0.
Significado
O postulado acima, formulado no início do século passado por Planck, assim como os trabalhos posteriores do autor nesse sentido, deram um grande impulso ao desenvolvimento da física teórica, resultando em um aumento significativo de suaprogresso em muitas áreas. E até mesmo uma nova ciência surgiu - a mecânica quântica.
Com base na teoria de Planck e nos postulados de Bohr, depois de algum tempo, mais precisamente em 1916, Albert Einstein conseguiu descrever os processos microscópicos que ocorrem quando os átomos se movem nas substâncias. Todos os desenvolvimentos desses cientistas foram posteriormente confirmados pela criação de lasers, geradores quânticos e amplificadores, além de outros dispositivos modernos.
Max Planck
Este cientista nasceu em 1858 em abril. Planck nasceu na cidade alemã de Kiel em uma família de famosos militares, cientistas, advogados e líderes religiosos. Mesmo no ginásio, ele mostrou habilidades notáveis em matemática e outras ciências. Além das disciplinas exatas, estudou música, onde também mostrou seus consideráveis talentos.
Quando entrou na universidade, escolheu estudar física teórica. Depois trabalhou em Munique. Aqui começou a estudar termodinâmica, apresentando seu trabalho ao mundo científico. Em 1887 Planck continuou suas atividades em Berlim. Esse período inclui uma conquista científica tão brilhante quanto a hipótese quântica, cujo significado profundo as pessoas só puderam entender mais tarde. Essa teoria foi amplamente reconhecida e ganhou interesse científico apenas no início do século XX. Mas foi graças a ela que Planck ganhou grande popularidade e glorificou seu nome.
