Hirdetés

A Planck-törvény termodinamikai háttere

9 perc olvasás

A Planck-törvény termodinamikai háttere

A termodinamika kivételes fizikai elmélet. Célkitűzése a makroszkopikus testek energiacserével járó folyamatainak jellemzése. Eredetileg ezt a célt a belső szerkezetre, a mikroszkopikus szabadsági fokokra történő bármiféle utalás nélkül kívánja elérni. Ennek köszönhető eredményei alkalmazhatóságának széles tartománya, univerzalitása. Sok esetben meglepően erős megszorítást jelentő következtetések nyerhetők módszereivel a mikroszkopikus szerkezetre is. Alapegyenlete valamely egyszerű mechanikai rendszer és környezete között kvázisztatikusan zajló energiacserélő folyamatok során az egyszerű rendszerben bekövetkező állapotváltozást korlátozó összefüggést fogalmazza meg:

Hirdetés


Hirdetés

T dS = dE + p dV.

Itt T a test hőmérséklete, p a nyomása, dE a rendszer belső energiájának, dV a térfogatának infinitezimális megváltozása. A mechanikai munkavégzés és a belső energiaváltozás eredőjeként adódó infinitezimális hőcserét az entrópia dS megváltozása kontrollálja. Az entrópia ezen bevezetése Rudolf Clausius műve. Az első lépést megtevő S. Carnot és Clausius (1. kép ) nyomán a fizikusok a hőerőgépek hatásfoka növelésének feladatára koncentráltak, és az entrópiát elsősorban a munkává alakítható energiában bekövetkező veszteség szempontjából vizsgálták. Clausius mondta ki a mechanika törvényeire vissza nem vezethető állítást, miszerint zárt rendszerben az entrópia egyetlen természeti folyamatban sem csökkenhet:

dS ≥ 0.

A kvázisztatikus hőcsere egyenletének integrálásával meghatározható egy folyamatfüggetlen, valamint a mechanikai és elektromágneses állapothatározóktól is független makroszkopikus állapothatározó, az entrópia:

S = S (E,V) +  S0.

Ennek integrációs állandóját a harmadik főtétel nullára rögzíti az abszolút hőmérsékleti skála nullapontjában.

Hirdetés

Planck-törvény (Planck's Law)

A termodinamika a nem-redukcionista (azaz a jelenségeket kisebb alkotórészek közötti folyamatokra visszavezetni nem kívánó) fizika nagyszerű teljesítménye. A redukcionista megközelítéstől való tartózkodás az az erény, amely egyéb, összetett nem-fizikai rendszerek (gazdaság, társadalmi szervezet stb.) kutatóit arra ösztönözte, hogy saját területükön analóg leírást keressenek, egyszerű szabadsági fokokat azonosítsanak, és egyenlőtlenség-alakú, változási irányt jelző összefüggésre jussanak. Megemlíthető Nicholas Georgescu- Roegen (2. kép ), aki 1971-ben publikálta Az entrópiatörvény és a gazdasági folyamat című könyvét. Ez a könyv nagy hatással volt az ökológiai gazdaságtan irányzatának létrejöttére, amely a természeti és emberi erőforrásokkal létrehozható gazdasági értéket az erőforrások állapotának reprodukálása mellett kívánja optimalizálni.

Planck-törvény (Planck's Law)

 A termodinamikusok mindmáig élénk vitája a termodinamika második főtételéhez vezető axiómák pontos megfogalmazását, a törvény alá vetett folyamatok egyértelmű körülhatárolását célozza. Ebben a tisztázó folyamatban Max Planck is aktívan részt vett, többek között 1897-ben kiadott tankönyvével, valamint a termodinamika harmadik tételének és az abszolút hőmérséklet fogalmának elfogadtatásáért tett erőfeszítéseivel. Érdemes felfigyelni arra, hogy még élete végén írott tudományos életrajzában [1] is hangsúlyozza, hogy milyen nehézségbe ütközött a Carnot-ciklus levezetésére használt, a kalorikumelméletet tükröző eredeti vízimalom-hasonlatnak (3. kép ) kiszorítása a fizikusok gondolkodásából. A termodinamika redukcionista megközelítése a Ludwig Boltzmann által javasolt statisztikus mechanikai megalapozással jelentkezett, amelynek lényegét éppen Planck öntötte tömör, és a mechanikai rendszerekről továbblépő általánosítást lehetővé tevő formába:

SN = kB ln WN,

Lapozz a további részletekért

1 2

Címkék: termodinamika


Iratkozz fel hírlevelünkre

Értesülj elsőnek a legújabb minőségi tételekről, jegyzetekről és az oldal új funkcióiról!

Sikeres feliratkozás

Valami hiba történt!