Les processus thermiques dans la nature sont étudiés par la science de la thermodynamique. Il décrit toutes les transformations énergétiques en cours en utilisant des paramètres tels que le volume, la pression, la température, en ignorant la structure moléculaire des substances et des objets, ainsi que le facteur temps. Cette science repose sur trois lois fondamentales. Le dernier d'entre eux a plusieurs formulations. Le plus couramment utilisé dans le monde moderne est celui qui a reçu le nom de "postulat de Planck". Cette loi porte le nom du scientifique qui l'a déduite et formulée. Voici Max Planck, un brillant représentant du monde scientifique allemand, un physicien théoricien du siècle dernier.
Premier et deuxième débuts
Avant de formuler le postulat de Planck, familiarisons-nous brièvement avec deux autres lois de la thermodynamique. La première d'entre elles affirme la conservation complète de l'énergie dans tous les systèmes isolés du monde extérieur. Sa conséquence est le déni de la possibilité de faire un travail sans source extérieure, et donc la création d'une machine à mouvement perpétuel,qui fonctionnerait de manière similaire (c'est-à-dire un VD du premier type).
La deuxième loi dit que tous les systèmes tendent vers l'équilibre thermodynamique, tandis que les corps chauffés transfèrent de la chaleur aux plus froids, mais pas l'inverse. Et après égalisation des températures entre ces objets, tous les processus thermiques s'arrêtent.
Postulat de Planck
Tout ce qui précède s'applique aux phénomènes électriques, magnétiques et chimiques, ainsi qu'aux processus se produisant dans l'espace. Aujourd'hui, les lois thermodynamiques revêtent une importance particulière. Déjà, les scientifiques travaillent intensivement dans une direction importante. En utilisant ces connaissances, ils cherchent à trouver de nouvelles sources d'énergie.
La troisième affirmation concerne le comportement des corps physiques à des températures extrêmement basses. Comme les deux premières lois, elle donne des connaissances sur la base de l'univers.
La formulation du postulat de Planck est la suivante:
L'entropie d'un cristal correctement formé d'une substance pure à des températures nulles absolues est nulle.
Cette position a été présentée au monde par l'auteur en 1911. Et à cette époque a causé beaucoup de controverse. Cependant, les réalisations scientifiques ultérieures, ainsi que l'application pratique des dispositions de la thermodynamique et des calculs mathématiques, ont prouvé sa véracité.
Température absolue zéro
Maintenant, expliquons plus en détail ce que signifie la troisième loi de la thermodynamique, basée sur le postulat de Planck. Et commençons par un concept aussi important que le zéro absolu. C'est la température la plus basse que les corps du monde physique ne peuvent avoir. En dessous de cette limite, selon les lois de la nature, il ne peut pas tomber.
En degrés Celsius, cette valeur est de -273,15 degrés. Mais sur l'échelle Kelvin, cette marque est simplement considérée comme le point de départ. Il est prouvé que dans un tel état, l'énergie des molécules de toute substance est nulle. Leur mouvement est complètement arrêté. Dans un réseau cristallin, les atomes occupent une position claire et immuable dans ses nœuds, sans pouvoir fluctuer même légèrement.
Il va sans dire que tous les phénomènes thermiques dans le système s'arrêtent également dans des conditions données. Le postulat de Planck concerne l'état d'un cristal régulier à une température absolue de zéro.
Mesure du désordre
Nous pouvons connaître l'énergie interne, le volume et la pression de diverses substances. Autrement dit, nous avons toutes les chances de décrire le macro-état de ce système. Mais cela ne signifie pas qu'il est possible de dire quelque chose de précis sur le micro-état d'une substance. Pour ce faire, vous devez tout savoir sur la vitesse et la position dans l'espace de chacune des particules de matière. Et leur nombre est impressionnant. Dans le même temps, dans des conditions normales, les molécules sont en mouvement constant, se heurtent constamment et se dispersent dans différentes directions, changeant de direction à chaque fraction de instant. Et leur comportement est dominé par le chaos.
Pour déterminer le degré de désordre en physique, une quantité spéciale appelée entropie a été introduite. Il caractérise le degré d'imprévisibilité du système.
L'entropie (S) est une fonction d'état thermodynamique qui sert de mesuredésordre (désordre) du système. La possibilité de processus endothermiques est due à un changement d'entropie, car dans les systèmes isolés, l'entropie d'un processus spontané augmente ΔS >0 (la deuxième loi de la thermodynamique).
Corps parfaitement structuré
Le degré d'incertitude est particulièrement élevé dans le cas des gaz. Comme vous le savez, ils n'ont pas de forme et de volume. En même temps, ils peuvent se développer indéfiniment. Les particules de gaz sont les plus mobiles, donc leur vitesse et leur emplacement sont les plus imprévisibles.
Les corps rigides sont une tout autre affaire. Dans la structure cristalline, chacune des particules occupe une certaine place, ne faisant que quelques vibrations à partir d'un certain point. Ici, il n'est pas difficile, connaissant la position d'un atome, de déterminer les paramètres de tous les autres. Au zéro absolu, l'image devient complètement évidente. C'est ce que disent la troisième loi de la thermodynamique et le postulat de Planck.
Si un tel corps est élevé au-dessus du sol, la trajectoire de mouvement de chacune des molécules du système coïncidera avec toutes les autres, de plus, elle sera à l'avance et facilement déterminée. Lorsque le corps, libéré, tombe, les indicateurs changent immédiatement. En touchant le sol, les particules acquièrent de l'énergie cinétique. Il donnera une impulsion au mouvement thermique. Cela signifie que la température va augmenter, qui ne sera plus nulle. Et immédiatement l'entropie apparaîtra, comme mesure du désordre d'un système fonctionnant de manière chaotique.
Caractéristiques
Toute interaction incontrôlée provoque une augmentation de l'entropie. Dans des conditions normales, il peut soit rester constant, soit augmenter, mais pas diminuer. En thermodynamique, cela s'avère être une conséquence de sa deuxième loi, déjà mentionnée plus haut.
Les entropies molaires standard sont parfois appelées entropies absolues. Ce ne sont pas des changements d'entropie qui accompagnent la formation d'un composé à partir de ses éléments libres. Il convient également de noter que les entropies molaires standard des éléments libres (sous forme de substances simples) ne sont pas égales à zéro.
Avec l'avènement du postulat de Planck, l'entropie absolue a une chance d'être déterminée. Cependant, une conséquence de cette disposition est aussi que dans la nature il n'est pas possible d'atteindre la température zéro selon Kelvin, mais seulement de s'en approcher le plus possible.
Théoriquement, Mikhail Lomonossov a réussi à prédire l'existence d'un minimum de température. Lui-même a pratiquement atteint le gel du mercure à -65 ° Celsius. Aujourd'hui, grâce au refroidissement par laser, les particules de substances sont amenées presque à l'état de zéro absolu. Plus précisément, jusqu'à 10-9 degrés sur l'échelle Kelvin. Cependant, bien que cette valeur soit négligeable, elle n'est toujours pas 0.
Signification
Le postulat ci-dessus, formulé au début du siècle dernier par Planck, ainsi que les travaux ultérieurs dans ce sens par l'auteur, ont donné une énorme impulsion au développement de la physique théorique, entraînant une augmentation significative de saprogrès dans de nombreux domaines. Et même une nouvelle science a émergé - la mécanique quantique.
Sur la base de la théorie de Planck et des postulats de Bohr, après un certain temps, plus précisément en 1916, Albert Einstein a pu décrire les processus microscopiques qui se produisent lorsque les atomes se déplacent dans les substances. Tous les développements de ces scientifiques ont ensuite été confirmés par la création de lasers, de générateurs et d'amplificateurs quantiques, ainsi que d'autres appareils modernes.
Max Planck
Ce scientifique est né en 1858 en avril. Planck est né dans la ville allemande de Kiel dans une famille de militaires célèbres, de scientifiques, d'avocats et de chefs d'église. Même au gymnase, il a montré des capacités remarquables en mathématiques et dans d'autres sciences. En plus des disciplines exactes, il a étudié la musique, où il a également montré ses talents considérables.
Quand il est entré à l'université, il a choisi d'étudier la physique théorique. Puis il a travaillé à Munich. Ici, il a commencé à étudier la thermodynamique, présentant son travail au monde scientifique. En 1887, Planck poursuit ses activités à Berlin. Cette période comprend une réalisation scientifique aussi brillante que l'hypothèse quantique, dont les gens n'ont pu comprendre le sens profond que plus tard. Cette théorie n'a été largement reconnue et n'a suscité l'intérêt scientifique qu'au début du XXe siècle. Mais c'est grâce à elle que Planck a acquis une grande popularité et glorifié son nom.
