Los procesos térmicos en la naturaleza son estudiados por la ciencia de la termodinámica. Describe todas las transformaciones de energía en curso utilizando parámetros tales como volumen, presión, temperatura, ignorando la estructura molecular de sustancias y objetos, así como el factor tiempo. Esta ciencia se basa en tres leyes básicas. El último de ellos tiene varias formulaciones. El más utilizado en el mundo moderno es el que recibió el nombre de "postulado de Planck". Esta ley lleva el nombre del científico que la dedujo y formuló. Este es Max Planck, un brillante representante del mundo científico alemán, un físico teórico del siglo pasado.
Primer y segundo comienzo
Antes de formular el postulado de Planck, primero conozcamos brevemente otras dos leyes de la termodinámica. El primero de ellos afirma la conservación completa de la energía en todos los sistemas aislados del mundo exterior. Su consecuencia es la negación de la posibilidad de realizar trabajo sin una fuente externa, y por lo tanto la creación de una máquina de movimiento perpetuo,que funcionaría de manera similar (es decir, un VD del primer tipo).
La segunda ley dice que todos los sistemas tienden al equilibrio termodinámico, mientras que los cuerpos calentados transfieren calor a los más fríos, pero no al revés. Y después de igualar las temperaturas entre estos objetos, todos los procesos térmicos se detienen.
Postulado de Planck
Todo lo anterior se aplica a los fenómenos eléctricos, magnéticos y químicos, así como a los procesos que ocurren en el espacio exterior. Hoy en día, las leyes de la termodinámica son de particular importancia. Los científicos ya están trabajando intensamente en una dirección importante. Usando este conocimiento, buscan encontrar nuevas fuentes de energía.
La tercera declaración se refiere al comportamiento de los cuerpos físicos a temperaturas extremadamente bajas. Al igual que las dos primeras leyes, proporciona conocimiento sobre la base del universo.
La formulación del postulado de Planck es la siguiente:
La entropía de un cristal correctamente formado de una sustancia pura a temperaturas de cero absoluto es cero.
Esta posición fue presentada al mundo por el autor en 1911. Y en esos días causó mucha controversia. Sin embargo, los logros posteriores de la ciencia, así como la aplicación práctica de las disposiciones de la termodinámica y los cálculos matemáticos, demostraron su veracidad.
Temperatura absoluta cero
Ahora vamos a explicar con más detalle cuál es el significado de la tercera ley de la termodinámica, basada en el postulado de Planck. Y empecemos con un concepto tan importante como el cero absoluto. Esta es la temperatura más baja que sólo pueden tener los cuerpos del mundo físico. Por debajo de este límite, según las leyes de la naturaleza, no puede caer.
En Celsius, este valor es -273,15 grados. Pero en la escala Kelvin, esta marca solo se considera el punto de partida. Está probado que en tal estado la energía de las moléculas de cualquier sustancia es cero. Su movimiento se detiene por completo. En una red cristalina, los átomos ocupan una posición clara e invariable en sus nodos, sin poder fluctuar ni un poco.
No hace f alta decir que todos los fenómenos térmicos en el sistema también se detienen en determinadas condiciones. El postulado de Planck trata sobre el estado de un cristal regular a temperatura absoluta cero.
Medida del desorden
Podemos conocer la energía interna, el volumen y la presión de varias sustancias. Es decir, tenemos todas las posibilidades de describir el macroestado de este sistema. Pero esto no significa que sea posible decir algo definitivo sobre el microestado de alguna sustancia. Para ello, necesitas saberlo todo sobre la velocidad y la posición en el espacio de cada una de las partículas de materia. Y su número es impresionantemente enorme. Al mismo tiempo, en condiciones normales, las moléculas están en constante movimiento, chocan constantemente entre sí y se dispersan en diferentes direcciones, cambiando de dirección cada fracción de momento. Y su comportamiento está dominado por el caos.
Para determinar el grado de desorden en física, se ha introducido una cantidad especial llamada entropía. Caracteriza el grado de imprevisibilidad del sistema.
La entropía (S) es una función de estado termodinámica que sirve como medidadesorden (desorden) del sistema. La posibilidad de procesos endotérmicos se debe a un cambio de entropía, porque en sistemas aislados aumenta la entropía de un proceso espontáneo ΔS >0 (segunda ley de la termodinámica).
Cuerpo perfectamente estructurado
El grado de incertidumbre es especialmente alto en los gases. Como saben, no tienen forma y volumen. Al mismo tiempo, pueden expandirse indefinidamente. Las partículas de gas son las más móviles, por lo que su velocidad y ubicación son las más impredecibles.
Los cuerpos rígidos son otra cosa. En la estructura cristalina, cada una de las partículas ocupa un lugar determinado, realizando solo algunas vibraciones desde un punto determinado. Aquí no es difícil, conociendo la posición de un átomo, determinar los parámetros de todos los demás. En el cero absoluto, la imagen se vuelve completamente obvia. Esto es lo que dice la tercera ley de la termodinámica y el postulado de Planck.
Si un cuerpo de este tipo se eleva sobre el suelo, la trayectoria de movimiento de cada una de las moléculas del sistema coincidirá con todas las demás, además, se determinará de antemano y con facilidad. Cuando el cuerpo, al ser liberado, cae, los indicadores cambiarán inmediatamente. Al chocar con el suelo, las partículas adquirirán energía cinética. Dará impulso al movimiento térmico. Esto significa que aumentará la temperatura, que ya no será cero. E inmediatamente surgirá la entropía, como medida del desorden de un sistema que funciona caóticamente.
Características
Cualquier interacción descontrolada provoca un aumento de la entropía. En condiciones normales, puede permanecer constante o aumentar, pero no disminuir. En termodinámica, esto resulta ser una consecuencia de su segunda ley, ya mencionada anteriormente.
Las entropías molares estándar a veces se denominan entropías absolutas. No son cambios de entropía que acompañan a la formación de un compuesto a partir de sus elementos libres. También debe tenerse en cuenta que las entropías molares estándar de los elementos libres (en forma de sustancias simples) no son iguales a cero.
Con el advenimiento del postulado de Planck, la entropía absoluta tiene la posibilidad de ser determinada. Sin embargo, una consecuencia de esta disposición es también que en la naturaleza no es posible alcanzar la temperatura cero según Kelvin, sino solo acercarse lo más posible a ella.
Teóricamente, Mikhail Lomonosov logró predecir la existencia de un mínimo de temperatura. Él mismo prácticamente logró la congelación del mercurio a -65° centígrados. Hoy, por medio del enfriamiento por láser, las partículas de sustancias se llevan casi al estado de cero absoluto. Más precisamente, hasta 10-9 grados en la escala Kelvin. Sin embargo, aunque este valor es insignificante, todavía no es 0.
Significado
El postulado anterior, formulado a principios del siglo pasado por Planck, así como los trabajos posteriores en esta dirección del autor, dieron un gran impulso al desarrollo de la física teórica, resultando en un aumento significativo de suprogreso en muchas áreas. E incluso surgió una nueva ciencia: la mecánica cuántica.
Basado en la teoría de Planck y los postulados de Bohr, después de un tiempo, más precisamente en 1916, Albert Einstein pudo describir los procesos microscópicos que ocurren cuando los átomos se mueven en las sustancias. Todos los desarrollos de estos científicos fueron posteriormente confirmados por la creación de láseres, generadores y amplificadores cuánticos, así como otros dispositivos modernos.
Max Planck
Este científico nació en abril de 1858. Planck nació en la ciudad alemana de Kiel en una familia de famosos militares, científicos, abogados y líderes eclesiásticos. Incluso en el gimnasio, mostró notables habilidades en matemáticas y otras ciencias. Además de las disciplinas exactas, estudió música, donde también mostró su considerable talento.
Cuando ingresó a la universidad, eligió estudiar física teórica. Luego trabajó en Munich. Aquí comenzó a estudiar termodinámica, presentando su trabajo al mundo científico. En 1887 Planck continuó sus actividades en Berlín. Este período incluye un logro científico tan brillante como la hipótesis cuántica, cuyo significado profundo la gente pudo entender solo más tarde. Esta teoría fue ampliamente reconocida y ganó interés científico solo a principios del siglo XX. Pero fue gracias a ella que Planck ganó gran popularidad y glorificó su nombre.
