Макс Планк, первооткрыватель кванта . Теория относительности Эйнштейна за 1 час
Немецкий ученый Макс Планк стал основоположником квантовой физики почти случайно: он работал над теорией теплового излучения и обнаружил, что все математические расчеты приходят в упорядоченное состояние только в том случае, если предположить, что свет излучается не сплошным потоком, а небольшими дискретными частицами. Позже эти частицы были названы квантами. Некоторое время он сам не верил в свое открытие, но развитие физики показало, что он был абсолютно прав.
В первые годы после выпуска из Берлинского университета Планк занимался в основном термодинамикой – разделом физики, изучающим теплоту, механическую энергию и их преобразования. Вся термодинамика зиждется на нескольких фундаментальных законах, и по одному из них – второму началу термодинамики – Макс Планк защитил докторскую диссертацию. Позже он разрабатывал тему применения термодинамики в сфере физической химии и электрической химии, эти исследования принесли ему известность в научных кругах.
В 1887 году Планку выпустил в свет работу «Принцип сохранения энергии», где рассмотрел возникновение и эволюцию в науке этого фундаментального закона природы. Особое внимание он уделил принципу суперпозиции, который гласит: полную энергию системы можно разбить на сумму независимых компонент. «Принцип суперпозиции играет во всей физике чрезвычайно важную роль, – писал Планк, – без него все явления смешались бы друг с другом, и совершенно невозможно было бы установить зависимость отдельных явлений друг от друга; ибо если каждое действие нарушается другим, то, естественно, прекращается возможность познать причинную связь».
Проблемы электромагнитного излучения были очень актуальны на рубеже XIX–XX веков, ими занимались многие передовые ученые. Макс Планк тоже заинтересовался этой областью физики. В то время лаборатория Государственного физико-технического университета в Берлине работала над измерением теплового излучения тел. Любое тело, в котором есть тепло, испускает электромагнитные волны, и при высоком нагреве излучение можно увидеть.
Само черное тело может излучать электромагнитные волны и может, вопреки названию, иметь визуальный цвет. Вопрос о количестве и свойствах излучаемой им энергии получил в физике XIX века наименование проблемы черного тела.
Эксперименты с нагревом абсолютно черного тела, проводимые для подсчета излучаемой им энергии, выявили две закономерности. Во-первых, оказалось, что чем короче длины волн испускаемых лучей, тем больше их накапливается внутри тела. Во-вторых, чем выше частота волны, тем больше ее сохраняется внутри черного тела и тем больше энергии она в себе несет. Соединение этих закономерностей давало странный результат: получалось, что энергия излучения внутри абсолютно черного тела бесконечна. Это противоречащее всем законам физики утверждение ученые окрестили ультрафиолетовой катастрофой (потому что высокочастотные волны находятся в ультрафиолетовой части спектра).
Макс Планк, приступив к работе над проблемой излучения, пытался взглянуть на нее с точки зрения электромагнитной теории Максвелла, соединив ее с теорией теплоты. Но очень скоро он осознал, что классическая физика не может объяснить парадоксы излучения абсолютно черного тела.
В 1900 году Планк создал формулу, которая устраняла все несоответствия.
Для того чтобы получить такой результат, он ввел новое понятие, противоречащее всем известным до этого принципам физики. В его формуле энергия колебаний изменяется не непрерывно, как это свойственно любой волне, а дискретно, шагами. Энергия каждого шага равняется некоей постоянной (позже эту постоянную стали называть постоянной Планка), помноженной на частоту. Дискретные порции энергии впоследствии назвали квантами, а формула, выведенная Планком, положила начало новой дисциплине – квантовой физике. С этого момента физика разделилась на «до» и «после». То, что было до открытия кванта, относится теперь к классической физике.
Открытия, совершенные на основе квантовой теории, – новая глава в науке.
Экспериментальные данные полностью подтвердили расчеты, получаемые при использовании формулы Планка. Формула работала, но ни ее создатель, ни другие ученые в то время не осознавали важности понятия «квант», которое впервые в ней появилось.
Планк считал его средством, условной величиной, которая помогла вывести необходимую формулу. Он много раз пытался вернуться в рамки классической науки и «пересоздать» уравнение без кванта, но у него ничего не получалось. Зато получилось, используя формулу, вычислить количество атомов в одном моле вещества и найти электрический заряд электрона. Это были первые шаги квантовой физики.
В 1918 году Максу Планку была присуждена Нобелевская премия «в знак признания его заслуг в деле развития физики благодаря открытию квантов энергии». В тот период уже было понятно, какое революционное значение имело открытие кванта. Сам Планк видел перспективы квантовой теории, но считал, что до ее развития пройдет еще очень много времени. «Введение кванта еще не привело к созданию подлинной квантовой теории», – сказал он в нобелевской лекции.
Последующие десятилетия ознаменовались грандиозными достижениями в квантовой физике, причем сам Планк, также как в первое время Эйнштейн, не хотел принимать новой интерпретации квантовой механики и неоднократно пытался вернуться к законам классической физики и примирить их с закономерностями квантовой теории.
Вклад Макса Планка в развитие физики трудно переоценить, одного лишь открытия кванта и постоянной Планка хватило бы, чтобы сохранить его имя в истории, но его гению принадлежат и другие достижения. Он был одним из первых ученых, сразу принявших специальную теорию относительности Эйнштейна и посвятивших немало времени и сил ее популяризации. Его работы по этой теме послужили развитию и упрочению теории.
Планк создал новую формулировку второго начала термодинамики, приспособив его для решения задач физической химии. Работая в сфере релятивистской механики, он вывел уравнение динамики релятивистской частицы и заложил основы термодинамики. Он написал несколько трудов, посвященных проблемам оптики и теории дисперсии света.
Кроме того, Планк был прекрасным педагогом, его перу принадлежат популярные учебники по физике.
Термодинамика газов – 📙 Физика
- Идеальные и реальные газообразные вещества в термодинамике
- Законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака
- Законы Шарля, Авогадро и Дальтона
Преобразование тепла в тепловых механизмах в механическую работу выполняется при помощи рабочего объекта, которым обыкновенно считается газообразное вещество. Первое термодинамическое начало гласит, что теплота, которая сообщается системе, расходуется на преобразование ее внутреннего энергетического потенциала и на осуществление ею работы против внешних сил: \(Q = ∆U + A, A = p∆V.\)
При изотермическом процессе, изменения температурных показателей газообразного вещества не происходит, таким образом, не происходит и изменений внутреннего энергетического потенциала.
При изобарном расширении, теплота газообразного вещества поглощается, и данное вещество совершает положительную работу. При изобарном сжатии, температурные показатели газообразного вещества уменьшаются, теплота отдается внешним объектам, внутренний энергетический потенциал при этом убывает.
При изохорном процессе газообразное вещество работу не осуществляет. Тогда \(Q = ∆U,\) и теплота будет поглощаться газообразным веществом и будет увеличиваться его внутренний энергетический потенциал.
Термодинамику газообразных веществ возможно охарактеризовать явлениями, которые связаны с двумя видами газообразного вещества. Следовательно, в термодинамике присутствует идеальные и реальные газы. Более тщательное исследование данных видов газообразных веществ предоставит возможность лучшим образом воспринять их термодинамические свойства.
Реальными газообразными веществами являются газы, которые существуют в природе, чье молекулы имеют результирующий объем, а между ними в то же время присутствуют силы притяжения. Данные силы притяжения оказывают значительное воздействие на их энергетические показатели.
Молекулы реальных газообразных веществ находятся в постоянном и беспорядочном перемещении. Другими словами – данным молекулам характерна кинетическая энергия перемещения. Присутствие между молекулами гравитационных, электрических и магнитных силовых взаимных связей указывает на наличие у молекул энергетического потенциала взаимного воздействия, который зависит от пространства между ними.
Для облегчения изучения характеристик газообразного рабочего объекта в термодинамике введен термин «идеального газа», которые является представляемым газообразным веществом. Внутри данного газообразного вещества молекулы исследуются в форме физических точек, которые обладают конкретной массой, но силы взаимного воздействия меж данными точками, в то же время, не берутся в расчет (при детализированной оценке состояния рабочего объекта и явлений, осуществляемых в данном газообразном веществе).
В ситуации с огромными объемами и несущественным давлением, при многократном превышении промежутков между молекулами над их величинами, в том числе, когда присутствуют значительные температурные показатели, а также большая интенсивность беспорядочного перемещения молекул, осуществляется процесс их малого взаимного воздействия друг с другом.
В данном случае появляются условия, при которых реальное газообразное вещество имеет возможность с некоторой степенью приближения являться идеальным, что, равным образом, предоставляет возможность осуществлять вычисления для реальных газообразных веществ на основании определенных формул и соотношений, описанных для идеальных газообразных веществ. Это существенным образом делает проще вычисления и представления сущности, осуществляемых в газообразных веществах явлений. Данное поясняет ценность исследований термодинамических свойств газообразных веществ не исключительно со стороны теории, но и с позиции практического применения.
В роли ключевых законов для идеальных газообразных веществ в термодинамике выступают законы:
- Бойля-Мариотта и Гей-Люссака, определяющие прямые взаимные связи ключевых характеристик газообразных веществ.
К данным характеристикам относятся: объем, давление, молекулярная масса, а также температурные показатели. - Шарля, Авогадро и Дальтона.
К данным характеристикам относятся: объем, давление, молекулярная масса, а также температурные показатели.Закон Бойля-Мариотта устанавливает постоянство значения при стабильности температурных показателей. Произведение абсолютного давления газообразного вещества в изотермическом явлении на его удельный объем. Закон является верным и правильным относительно термодинамических систем с идеальным рабочим объектом, где температурные показатели являются постоянными, а переменными являются давление и объем.
Данные явления именуются изотермическими. В данных явлениях возможен подведение либо отведение теплоты к термодинамической системе, но тепловой энергетический потенциал в такой ситуации не должен действовать на температурные показатели газообразного вещества (рабочего объекта), а использоваться, к примеру, при осуществлении работы методикой превращения в другие типы энергетического потенциала.
Использование закона Бойля-Мариотта, благоприятствующего взаимной связи изначальных и результирующих значений давления и объема газообразного вещества, не ограничивается исключительно изотермическими явлениями.
В частности, данный закон может быть верным с большой степенью вероятности и в ситуации преобразования температурных показателей при термодинамическом явлении, однако, в то же время, первоначальные и результирующие температурные показатели газообразного вещества в последствии будут однозначными.
Закон Гей-Люссака устанавливает преобразования удельного объема газа при стабильном давлении прямо пропорционально преобразованиям абсолютным температурным показателям. Данные процесс именуется изобарным. Сформулированная Гей-Люссаком закономерность считается верной в системах с одним постоянным показателем, которым является давление, а также с переменными данными удельного объема и температурных показателей. Аналогичные термодинамические явления, которые протекают при стабильном давлении, ученые именуют изобарными либо изобарическими явлениями.
Закон Шарля (второй закон Гей-Люссака) гласит об преобразованиях абсолютного давления газообразного вещества, при условиях постоянного удельного объема, прямо пропорционального преобразования абсолютных температурных показаний.
Опытным экспериментом, в 1787 году, было доказано французским изобретателем и ученым Жаком Александром Сезаром Шарлем, что давление газообразного вещества от температурных показателей, при стабильном объеме. Жак Шарль занимался изучением термодинамических явлений, которые присутствуют в идеальных газообразных веществах.
Большой вклад в становление данного закон, ещё в XVII столетии сделал французский физик и механик Гийом Амонтон, а также много иных ученых, что породило проблемные вопросы определения авторства определенных термодинамических законов. И это является объектом спорных ситуаций между исследователя и по нынешнее время.
Выведенная и сформулированная исследователями закономерность считается верно и правильной в системах с постоянным удельным объемом, а также с температурными показателями, и переменным значением давления. Аналогичные термодинамические явления со стабильным удельным объемом физики именуют изохорными либо изохорическими явлениями.
В соответствии с представлением закона Авогадро, каждое газообразное вещество при условиях стабильного давления и температурных показателей в одинаковых объемах охватывают одинаковое количество молекул.
Точнее сказать, закон доказывает, что объем моля различных газообразных веществ, при подобных материальных условиях является однозначным. Этот закон в 1811 году сформулировал итальянский ученый-химик, первооткрыватель фундаментального физико-химического закона Лоренцо Романо Амедео Карло Авогадро.
Рабочий объект, применяемый в термодинамических устройствах, в стандартных ситуациях является смесью, которая сформирована из некоторого количества газообразных веществ. В роли образца возможно предоставить двигатели внутреннего сгорания. Структуру продуктов горения рабочего объекта составляют следующие вещества:
- Водород.
- Кислород.
- Азот.
- Окись углерода.
- Углекислый газ.
- Водяные пары воды.
- Некоторые иные газы.
В 1801 году английский физик и химик, метеоролог, естествоиспытатель и создатель химического атомизма Джон Дальтон (Дэлтон) открыл закон, опираясь на его положения, давление, обеспечиваемое смесью, является идентичным суммированию парциальных давлений у определенных газообразных веществ, находящихся в структуре смеси.
Парциальным давлением является давление элемента смеси, которое данный элемент смог бы вызывать, будучи в индивидуальном состоянии в заполняемом смесью объеме при ее конкретном температурном показателе.
Это положение с легкостью возможно доказать на базе некоторых утверждений, которые сформированы из закона Бойля-Мариотта, при исследовании парциальных элементов газа отдельно и в комплексе. Закон Дальтона является используемым по собственной актуальности для идеальных газообразных веществ. В том числе, данный закон имеет возможность применения и относительно реальных газообразных веществ, которые обладают недалекими к идеальным материальным показателям характеристикам.
законов термодинамики – RF Cafe
законы термодинамики – RF Cafe
|
| |||||||||||||||||
Он также потребляет энергию, тепло и работу. Когда
когда физическая система переходит из одного состояния равновесия в другое, говорят, что имеет место термодинамический процесс.
законы термодинамики были открыты в 19века путем кропотливых экспериментов.
Это общее свойство равновесия и есть температура. На этом основано понятие температуры.
Нулевой закон.
2 МБ. Его основная цель состояла в том, чтобы предоставить мне быстрый доступ к обычно необходимым
формулы и справочный материал при выполнении моей работы в качестве радиочастотной системы и схемы
инженер-проектировщик. Всемирная паутина (Интернет) была в значительной степени неизвестной сущностью в то время.
время и пропускная способность были дефицитным товаром. Модемы с коммутируемым доступом стремительно развивались со скоростью 14,4 кбит/с
привязывая вашу телефонную линию, и приятный женский голос объявил: «У вас есть
Mail”, когда пришло новое сообщение…Законы термодинамики
ВОПРОС: Когда впервые были описаны законы термодинамики?
ОТВЕТ:
Как и другие важные законы науки, законы термодинамики были разработаны путем сочетания наблюдений, экспериментов и инноваций.
Разработка законов термодинамики фактически началась тысячи лет назад. Ранние наблюдатели и новаторы воспользовались законами природы, которые они могли видеть каждый день, и превратили их в стандарты. В течение девятнадцатого века законы термодинамики стремительно перешли от теории и предположения к общепризнанному научному факту. С тех пор наука усовершенствовала эти законы до их нынешней формы.
Определенные аспекты природы всегда указывали на настоящие законы термодинамики. Тепло всегда переходило от теплых тел к холодным. Энергия топлива всегда становилась энергией для движущихся машин. Эти машины всегда нуждались в помощи, чтобы продолжать работу, и их топливо не может использоваться повторно вечно. Эти аспекты энергии и материи частично контролируются Первым и Вторым законами термодинамики.
По мере того, как наука становилась все более изощренной, исследователи разрабатывали последовательные теории о работе материи и энергии. Эти идеи не всегда были на правильном пути, несмотря на обширные первоначальные доказательства.
Некоторое время мнение многих ученых состояло в том, что тепловая энергия и рабочая энергия были разными типами универсальных флюидов, перетекающих от объекта к объекту при их взаимодействии. Они также считали, что некоторые взаимодействия вообще не требуют обмена энергией. Хотя эти теории можно было объяснить с помощью имеющихся в то время доказательств, дальнейшие открытия в конечном итоге доказали их ошибочность.
Самые большие успехи в разработке законов термодинамики произошли в середине 1800-х годов. Джеймс Прескотт Джоуль экспериментально доказал, что работа и тепловая энергия взаимозаменяемы и сохраняются. В его эксперименте использовался падающий груз, который приводил в движение весло под водой. Потенциальная энергия, потерянная грузом при падении, соответствовала тепловой энергии, полученной водой. Примерно в то же время эти выводы были независимо подтверждены другими учеными. Так родился первый закон термодинамики, принцип сохранения энергии.
Вскоре после этого Роберт Клаузиус развил свои теории о теплоте и работе в краткую версию второго закона термодинамики, касающегося увеличения энтропии в природных системах.
Это описание было получено в течение более десяти лет написания и экспериментов. Клаузиус сильно зависел от выводов таких исследователей, как Джоуль.
Третий закон термодинамики был разработан около 1906 года Вальтером Нернстом. В раннем применении этот закон описывал энергию определенных процессов по отношению к их поведению вблизи температуры абсолютного нуля. Этот закон в конечном итоге будет сжат и значительно упрощен до его нынешней формы, утверждающей, что «энтропия чистого совершенного кристалла равна нулю при нуле градусов Кельвина». Выводы и следствия из третьего закона термодинамики в конечном итоге станут ключом к современной химии и физике.
История законов термодинамики раскрывает больше, чем просто то, как наука описывает набор законов природы. Это может многому научить нас в отношении нашей гордости «Современной наукой». Законы термодинамики действовали задолго до того, как они были записаны в учебниках или получены в лабораториях. Они были такими же достоверными и реальными, как гравитация, магнетизм или ДНК.
И все же было время, когда гениальные мужчины и женщины, пользуясь самой сложной наукой своего поколения, не подозревали, что они верны.
Представление каждой цивилизации о «Современной науке» когда-то поддерживало такие ошибочные концепции, как неподвижная Земля, вращающаяся вокруг Солнца. В нем утверждалось, что тепло — это невидимая жидкость или что компоненты человеческой жизни содержатся только у мужчин. Ученые разработали эти теории на основе данных, которые у них были в то время, — теорий, которые иногда оказывались ложными. Они верили в это, потому что их наука привела их к этой вере. У них не было идеальных или абсолютных доказательств, но они могли привести данные в соответствие со своими убеждениями.
Иногда вера в науку может привести к тому, что гениальные люди поверят в то, что не соответствует действительности, потому что они не видели всего, что наука или вселенная могут показать им. Лорд Уильям Томсон Кельвин, в честь которого названа температурная шкала Кельвина, заявил в 1895 году: «Летающие машины тяжелее воздуха невозможны».