กระบวนการทางความร้อนในธรรมชาติได้รับการศึกษาโดยศาสตร์แห่งอุณหพลศาสตร์ โดยจะอธิบายการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่กำลังดำเนินอยู่ทั้งหมดโดยใช้พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ปริมาตร ความดัน อุณหภูมิ โดยไม่สนใจโครงสร้างโมเลกุลของสารและวัตถุ ตลอดจนปัจจัยด้านเวลา วิทยาศาสตร์นี้มีพื้นฐานมาจากกฎหมายพื้นฐานสามประการ สุดท้ายมีหลายสูตร ที่ใช้กันมากที่สุดในโลกสมัยใหม่คืออันที่ได้รับชื่อ "สมมุติฐานของพลังค์" กฎหมายนี้ตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ที่อนุมานและกำหนดกฎหมายนี้ นี่คือ Max Planck ตัวแทนที่สดใสของโลกวิทยาศาสตร์ของเยอรมัน นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีของศตวรรษที่ผ่านมา
การเริ่มต้นครั้งแรกและครั้งที่สอง
ก่อนที่จะกำหนดหลักสมมุติฐานของพลังค์ เรามาทำความคุ้นเคยกับกฎเทอร์โมไดนามิกอีกสองข้อก่อนโดยสังเขปกันก่อน ประการแรกยืนยันการอนุรักษ์พลังงานอย่างสมบูรณ์ในทุกระบบที่แยกจากโลกภายนอก ผลที่ตามมาคือการปฏิเสธความเป็นไปได้ในการทำงานโดยไม่มีแหล่งภายนอกและด้วยเหตุนี้การสร้างเครื่องเคลื่อนที่ตลอดเวลาซึ่งจะทำงานในลักษณะเดียวกัน (เช่น VD ประเภทแรก)
กฎข้อที่สองกล่าวว่าระบบทั้งหมดมีแนวโน้มที่จะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ ในขณะที่วัตถุที่ให้ความร้อนจะถ่ายเทความร้อนไปยังระบบที่เย็นกว่า แต่ไม่ใช่ในทางกลับกัน และหลังจากปรับอุณหภูมิให้เท่ากันระหว่างวัตถุเหล่านี้แล้ว กระบวนการทางความร้อนทั้งหมดจะหยุดลง
สมมุติฐานของพลังค์
ทั้งหมดข้างต้นใช้กับปรากฏการณ์ทางไฟฟ้า แม่เหล็ก เคมี ตลอดจนกระบวนการที่เกิดขึ้นในอวกาศ ในปัจจุบัน กฎทางอุณหพลศาสตร์มีความสำคัญเป็นพิเศษ นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานอย่างเข้มข้นในทิศทางที่สำคัญ พวกเขาใช้ความรู้นี้เพื่อค้นหาแหล่งพลังงานใหม่
คำสั่งที่สามเกี่ยวกับพฤติกรรมของร่างกายที่อุณหภูมิต่ำมาก เช่นเดียวกับกฎสองข้อแรก มันให้ความรู้เกี่ยวกับพื้นฐานของจักรวาล
สูตรสมมุติฐานของพลังค์มีดังนี้:
เอนโทรปีของผลึกที่ก่อตัวขึ้นอย่างถูกต้องของสารบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์เป็นศูนย์
ตำแหน่งนี้ถูกนำเสนอต่อโลกโดยผู้เขียนในปี 1911 และในสมัยนั้นทำให้เกิดความขัดแย้งมากมาย อย่างไรก็ตาม ความสำเร็จที่ตามมาของวิทยาศาสตร์ เช่นเดียวกับการนำบทบัญญัติของเทอร์โมไดนามิกส์และการคำนวณทางคณิตศาสตร์ไปปฏิบัติจริง ได้พิสูจน์ความจริงแล้ว
ศูนย์อุณหภูมิสัมบูรณ์
ตอนนี้ มาอธิบายรายละเอียดเพิ่มเติมว่ากฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์มีความหมายอย่างไรตามหลักสมมุติฐานของพลังค์ เริ่มจากแนวคิดที่สำคัญเช่นศูนย์สัมบูรณ์ นี่คืออุณหภูมิต่ำสุดที่ร่างกายของโลกทางกายภาพจะมีได้เท่านั้นต่ำกว่าขีดจำกัดนี้ ตามกฎของธรรมชาติ ตกไม่ได้
ในเซลเซียส ค่านี้คือ -273.15 องศา แต่ในระดับเคลวิน เครื่องหมายนี้ถือเป็นจุดเริ่มต้นเท่านั้น ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าในสถานะดังกล่าว พลังงานของโมเลกุลของสารใดๆ จะเป็นศูนย์ การเคลื่อนไหวของพวกเขาหยุดลงอย่างสมบูรณ์ ในโครงตาข่ายคริสตัล อะตอมจะครอบครองตำแหน่งที่ชัดเจนและไม่เปลี่ยนแปลงในโหนด โดยไม่ผันผวนแม้แต่น้อย
ปรากฏการณ์ทางความร้อนทั้งหมดในระบบก็หยุดทำงานภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดเช่นกัน สมมุติฐานของพลังค์เป็นเรื่องเกี่ยวกับสถานะของคริสตัลปกติที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์
วัดความผิดปกติ
เราสามารถรู้พลังงานภายใน ปริมาตร และความดันของสารต่างๆ นั่นคือ เรามีโอกาสที่จะอธิบายแมโครสเตทของระบบนี้ทุกครั้ง แต่นี่ไม่ได้หมายความว่าเป็นไปได้ที่จะพูดบางสิ่งที่ชัดเจนเกี่ยวกับไมโครสเตทของสารบางชนิด ในการทำเช่นนี้ คุณต้องรู้ทุกอย่างเกี่ยวกับความเร็วและตำแหน่งในอวกาศของอนุภาคของสสารแต่ละตัว และจำนวนของพวกเขาก็มหาศาลอย่างน่าประทับใจ ในเวลาเดียวกัน ภายใต้สภาวะปกติ โมเลกุลจะเคลื่อนที่คงที่ ชนกันอย่างต่อเนื่องและกระจายไปในทิศทางที่ต่างกัน เปลี่ยนทิศทางทุกเสี้ยววินาที และพฤติกรรมของพวกเขาก็ถูกครอบงำด้วยความโกลาหล
เพื่อกำหนดระดับของความผิดปกติในฟิสิกส์ ได้มีการแนะนำปริมาณพิเศษที่เรียกว่าเอนโทรปี บ่งบอกถึงระดับความคาดเดาไม่ได้ของระบบ
Entropy (S) เป็นฟังก์ชันสถานะทางอุณหพลศาสตร์ที่ทำหน้าที่เป็นหน่วยวัดความผิดปกติ (ความผิดปกติ) ของระบบ ความเป็นไปได้ของกระบวนการดูดความร้อนเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปี เนื่องจากในระบบที่แยกออกมา เอนโทรปีของกระบวนการที่เกิดขึ้นเองจะเพิ่มขึ้น ΔS >0 (กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์)
ร่างกายสมบูรณ์แบบ
ระดับของความไม่แน่นอนสูงเป็นพิเศษในก๊าซ อย่างที่คุณทราบ พวกเขาไม่มีรูปร่างและปริมาตร ในขณะเดียวกันก็สามารถขยายได้ไม่มีกำหนด อนุภาคก๊าซเคลื่อนที่ได้มากที่สุด ดังนั้นความเร็วและตำแหน่งของพวกมันจึงคาดเดาไม่ได้มากที่สุด
ร่างกายแข็งเป็นอีกเรื่องหนึ่ง ในโครงสร้างผลึก อนุภาคแต่ละส่วนอยู่ในตำแหน่งที่แน่นอน ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนจากจุดใดจุดหนึ่งเท่านั้น ที่นี่ไม่ยาก การรู้ตำแหน่งของอะตอมหนึ่ง เพื่อกำหนดพารามิเตอร์ของอะตอมอื่นทั้งหมด ที่ศูนย์สัมบูรณ์ภาพจะชัดเจนอย่างสมบูรณ์ นี่คือสิ่งที่กฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์และหลักการของพลังค์กล่าว
หากร่างดังกล่าวถูกยกขึ้นเหนือพื้นดิน วิถีการเคลื่อนที่ของแต่ละโมเลกุลของระบบก็จะตรงกันกับส่วนอื่นๆ ทั้งหมด นอกจากนี้ ล่วงหน้าจะถูกกำหนดอย่างง่ายดาย เมื่อร่างกายถูกปล่อยออกมา ล้มลง ตัวชี้วัดจะเปลี่ยนไปทันที อนุภาคจะได้รับพลังงานจลน์จากการกระแทกพื้น จะเป็นแรงผลักดันให้เกิดการเคลื่อนที่ของความร้อน ซึ่งหมายความว่าอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นซึ่งจะไม่เป็นศูนย์อีกต่อไป และเอนโทรปีจะเกิดขึ้นทันที ซึ่งเป็นตัววัดความผิดปกติของระบบการทำงานที่วุ่นวาย
คุณสมบัติ
ปฏิสัมพันธ์ที่ไม่สามารถควบคุมได้กระตุ้นให้เอนโทรปีเพิ่มขึ้น ภายใต้สภาวะปกติ มันสามารถคงที่หรือเพิ่มขึ้น แต่ไม่ลดลง ในทางอุณหพลศาสตร์ สิ่งนี้เป็นผลสืบเนื่องมาจากกฎข้อที่สอง ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้
เอนโทรปีของฟันกรามมาตรฐานบางครั้งเรียกว่าเอนโทรปีแบบสัมบูรณ์ สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่การเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีที่มาพร้อมกับการก่อตัวของสารประกอบจากองค์ประกอบอิสระของมัน นอกจากนี้ควรสังเกตด้วยว่าเอนโทรปีของโมลาร์มาตรฐานขององค์ประกอบอิสระ (ในรูปของสารธรรมดา) ไม่เท่ากับศูนย์
ด้วยการถือกำเนิดของสัจพจน์ของพลังค์ เอนโทรปีสัมบูรณ์มีโอกาสที่จะถูกกำหนด อย่างไรก็ตาม ผลที่ตามมาของข้อกำหนดนี้ก็คือโดยธรรมชาติแล้ว เป็นไปไม่ได้ที่จะไปถึงอุณหภูมิศูนย์ตามเคลวิน แต่จะต้องเข้าใกล้ให้ได้มากที่สุดเท่านั้น
ในทางทฤษฎี มิคาอิล โลโมโนซอฟสามารถทำนายการมีอยู่ของอุณหภูมิต่ำสุดได้ ตัวเขาเองประสบความสำเร็จในการแช่แข็งของปรอทถึง -65 องศาเซลเซียส ทุกวันนี้ ด้วยการทำความเย็นด้วยเลเซอร์ อนุภาคของสารจะถูกทำให้เกือบเป็นศูนย์สัมบูรณ์ แม่นยำยิ่งขึ้นถึง 10-9 องศาในระดับเคลวิน อย่างไรก็ตาม แม้ว่าค่านี้จะเล็กน้อยมาก แต่ก็ยังไม่เป็น 0
ความหมาย
สมมติฐานข้างต้นซึ่งกำหนดขึ้นเมื่อต้นศตวรรษที่ผ่านมาโดยพลังค์และผลงานที่ตามมาในทิศทางนี้โดยผู้เขียนทำให้เกิดแรงผลักดันอย่างมากต่อการพัฒนาฟิสิกส์เชิงทฤษฎีส่งผลให้มีการเพิ่มขึ้นอย่างมากในคืบหน้าในหลายด้าน และแม้แต่วิทยาศาสตร์ใหม่ก็เกิดขึ้น - กลศาสตร์ควอนตัม
ตามทฤษฎีของพลังค์และสมมติฐานของบอร์ หลังจากผ่านไประยะหนึ่ง แม่นยำยิ่งขึ้นในปี 1916 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ก็สามารถอธิบายกระบวนการด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่เกิดขึ้นเมื่ออะตอมเคลื่อนที่ในสารได้ การพัฒนาทั้งหมดของนักวิทยาศาสตร์เหล่านี้ในเวลาต่อมาได้รับการยืนยันโดยการสร้างเลเซอร์ เครื่องกำเนิดควอนตัมและแอมพลิฟายเออร์ ตลอดจนอุปกรณ์ที่ทันสมัยอื่นๆ
แม็กซ์พลังค์
นักวิทยาศาสตร์คนนี้เกิดเมื่อเดือนเมษายน พ.ศ. 2401 พลังค์เกิดในเมืองคีลของเยอรมนีในครอบครัวของทหาร นักวิทยาศาสตร์ นักกฎหมาย และผู้นำคริสตจักรที่มีชื่อเสียง แม้แต่ในโรงยิม เขายังแสดงความสามารถที่โดดเด่นในด้านคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์อื่นๆ นอกจากสาขาวิชาที่แน่นอนแล้ว เขายังเรียนดนตรีซึ่งเขาได้แสดงความสามารถที่สำคัญของเขาด้วย
เมื่อเข้ามหาวิทยาลัย เขาเลือกเรียนฟิสิกส์ทฤษฎี จากนั้นเขาก็ทำงานในมิวนิก ที่นี่เขาเริ่มศึกษาอุณหพลศาสตร์โดยนำเสนองานของเขาสู่โลกวิทยาศาสตร์ ในปี พ.ศ. 2430 พลังค์ยังคงทำกิจกรรมในกรุงเบอร์ลิน ช่วงเวลานี้รวมถึงความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ที่ยอดเยี่ยมเช่นสมมติฐานควอนตัมซึ่งมีความหมายลึกซึ้งซึ่งผู้คนสามารถเข้าใจได้ในภายหลังเท่านั้น ทฤษฎีนี้ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางและได้รับความสนใจทางวิทยาศาสตร์ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 เท่านั้น แต่ต้องขอบคุณเธอที่พลังค์ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางและยกย่องชื่อของเขา
