7
Molekulyar kinetik təsəvvürlərin inkişafi
1848-51-ci illərdə Coul, Lomonosov kimi, atomların fırlanma hərəkəti vasitəsilə
Boyl-Mariot qanununu, və həmçinin elastik mayelər üçün kəşf edilmiş digər qanunların
izah edilə bilməsini sübut etməyə çalışırdı. Bu təcrübələr nəticəsində o, qaz molekulunun
sürətini müəyyən edir və görür ki, otaq temperaturunda hidrogen molekulunun sürəti 1800
m
/san bərabərdir. 1847-ci ildə ingilis fiziki Con Gepart (1790-1868) özünün “Riyazi
fizika” kitabında qaz zərrəciklərini elastiki şarlar kimi təsvir edir, və bunun əsasında,
zərrəciklərin toqquşma və irəliləmə hərəkətlərinin kinetik nəzəriyyəsini verir. Bu modelə
əsasən Gepart, ideal qaz qanunlarını, diffuziya hadisəsini, qazda səsin yayılmasını izah edə
bilir.
Bu
istiqamətdə tədqiqatlar aparan bütün alimlərdən fərqli olaraq, alman fiziki
Rudolf Klauzius (1822 – 1888) hesab edirdi ki, qaz molekulları irəliləmə hərəkəti ilə
yanaşı, həm fırlanma, həm də rəqsi hərəkət icra edirlər və bütün molekullar eyni sürətə
malikdirlər. 1857-ci ildə o, özünün “Bizm istilik adlandırdığımız hərəkət haqqında”
mıqaləsini çap etdirir və fizikaya «entropiya» və «molekulların sərbəst yolunun uzunluğu»
anlayışlarını daxil edir.
Molekulyar-kinetik
nəzəriyyənin sonrakı inkişafı Maksvelin adı ilə başlıdır.
İngilis fiziki, klassik elektrodinamikanın banisi hesab olunan Ceyms Klerk Maksvelin
(1831 – 1879) tədqiqatları, əsasən, qazların kinetik nəzəriyyəsinə aid olmuşdur. O, ideal
qaz molekullarının sürətə görə paylanmasını - müasir fizikada Maksvel paylanması
adlanan qanunu vermiş, qazların özlülüyünün molekulların sürətindən və sərbəst yolun
orta uzunluğundan asılılığını hesablamış, quru havanın özlülük əmsalını təcrübədə
ölçmüşdür. Lakin Maksvel nəzəriyyəsi də, bir çox nəzəriyyələr kimi bəzi tədqiqatçılar
arasında birmənalı qarşılanmır: əksər fiziklər onun nəzəriyyəsini elmi əsası olmayan
“yalançı” və “mexanisizm əsaslı” (yəni klassik mexanika əsasında yaradılan) nəzəriyyə
adlandırırdılar. Lakin məhz Maksvelin elmi işləri yeni fiziki nəzəriyyənin – statistik
mexanikanın yaranması üçün əsas addım olur.
1865-ci
ildə avstriya alimi Loşmid (1821-1895) qaz molekulları ölçülərini dəqiq
müəyyən edir. Onun hesablamalarına əsasən hava molekulunun diametri 12
⋅10
-8
cm-ə
bərabərdir. Loşmid həmçinin, 1 cm
3
həcmdə normal şəraitdə molekulların sayını müəyyən
edir. Bu ədəd, 1909-cu ildə Jan Perronun təklifi ilə,
Loşmid ədədi adlandırılır
(N
i
=2,6867⋅10
19
cm
-3
).
Termodinamika necə yaranmışdı
Enerjinin ekvivalentliyi haqqında təbiətin fundamental qanunu (yəni bütün
hərəkətlərin və qarşılıqlı təsirlərin bir-birinə çevrilməsi), Rudolf Klauzius tərəfindən
“istiliyin mexaniki nəzəriyyəsi” adlandırılan yeni nəzəriyyənin təməlini qoydu. Daha sonra
bu nəzəriyyə Uilyam Tomsonun (lord Kelvinin) ideyası ilə “termodinamika” adlandırıldı.
Bu terminin “termo” və “dinamika” sözlərindən əmələ gəlməsinə baxmayaraq, fizikanın
bu istiqamətini istiliyin hərəkəti haqqında elm kimi qəbul etmək lazım deyil.
Termodinamika - istiliyin hərəkəti haqqında (termo) qanunlardan və bu hərəkətlərin
müxtəlif növ hərəkətlərə çüvrilməsindən (dinamika) bəhs edən elmdir
. Termodinamikada
bu çevrilmələrin daxili təbiəti öyrənilmir. Bunları, molekulyar-kinetik təsəvvürlər əsasında
inkişaf edən statistik fizika araşdırır.
8
Klassik termodinamika tarazlıq halında olan makroskopik sistemin ümumi
xassələrini və tarazlığın yaranmasının ümumi qanunauyğunluqlarını araşdırır.
Termodinamik tarazlıq halı üçün zaman anlayışı vacib hesab olunmur. Burada sistemin
tarazlıq halının temperaturu daha önəmli sayılır. İngilis fiziki Ralf Faylerin (1889-1944)
təklifi ilə, temperaturun mövcud olduğu hal termodinamikanın sıfırıncı qanunu
adlandırılır. Termodinamikanın birinci qanunu enerjinin saxlanması və çevrilməsi
qanununu əks etdirir. Bu qanun bir növ mühasib rolunu oynayır, yəni enerji balansının
saxlanmasına və çevrilməsinə nəzarət edir. Lakin bu zaman prosesin getmə istiqaməti
naməlm qalır. Prosesin istiqaməti və növü termodinamikanın ikinci qanununda öz
əksini tapır. Bu qanun isə sanki müdir rolunu oynayaraq, prosesi istiqamətləndirir. 1906-cı
ildə alman fiziki Valter Nerns (1864-1941) aşağıdakı teoremi irəli sürür: “kimyəvi cəhətcə
bircins olan bəkr cismin və ya mayenin entropiyası mütləq sıfır temperaturunda sıfra
bərabərdir”. Bu teorem isə termodinamikanın üçüncü qanunu kimi tarixə düşür.
Termodinamikanın inkişafına öz tövhələrini verən alimlər aşağıdakılardır:
1.
İngilis fiziki, klassik elektrodinamikanın banisi hesab olunan Ceyms Klerk
Maksvelin termodinamikaya aid mühüm nəticələr almışdır.
2.
Fransız fiziki və mühəndisi
Benua Pol Emil Klapeyron (1799 – 1864), Karnonun
işlərini tədqiq edərək, ilk dəfə termodinamikada qrafik üsuldan istifadə etmişdir.
3.
Termodinamikanın və molekulyar-kinetik nəzəriyyənin banilərindən biri olan alman
fiziki
Rudolf Klauzius (1822 – 1888) termodinamikanın
ikinci qanununun tərifini
vermişdir.
4.
İngilis fiziki Uilyam Tomson (1824 – 1907) termodinamikanın banilərindən biridir.
Onun apardığı elmi tədqiqat işləri, əsasən, istilik nəzəriyyəsinin problemlərinə həsr
olunmuşdur. Tomson termodinamikanın ikinci qanununun riyazi ifadəsini vermiş,
«enerjinin səpilməsi» anlayışını fizikaya gətirmişdir. Bundan başqa, o, Kainatın
«istilik ölümü» hipotezini söyləmişdir.
Kainatın «istilik ölümü»
Çoxlu sayda zərrəciklərdən ibarət sistemlərdə istilik hadisələrini öyrənən
termodinamikanı, ölçüləri molekul tərtibində olan sistemlərə tədbiq etmək mümkün deyil.
Bu, termodinamikanın tədbiqinin aşağı sərhəddini müəyyən edir. Yəqin ki,
termodinamokanın kosmik ölçülü sistemlərə, xüsusilə də Kainata tədbiqində müəyyən
məhdudiyyətlər mövcuddur. Məhz bu konsepsiyaya əsasən Kelvin və Klazius “Kainatın
istilik ölümü” konsepsiyasını vermişlər.
Termodinamika qanunlarını Kainata tədbiq etməyə cəhd göstərən Klazius, bu
konsepsiyanı sadə şəkildə belə şərh etmişdi: ”Dünyanın enerjisi sabit qalır, entropiya isə
maksimuma çatmağa cəhd edir”. Bu deyilənlərin izahını aşağıdakı kimi vermək olar:
kainat nə axtsa termodinamik tarazlıq halına gələcək və nəticədə bütün proseslər
“dayanacaq”, yəni digər prosesin yaranması üçün səbəb olmayacaq. Bu isə “istilik ölümü”
deməkdir.
Bu konsepsiyanı qəbul etməyən Bolsman “fluktuasiya hipotezini” irəli sürmüşdür.
O hesab edirdi ki, ixtiyari tarazlıq sistemlərində fluktuasiyalar mövcuddur və bütövlükdə
Kainatın termodinamik tarazlıq halında olmasına baxmaaraq, bizim (canlıların)
yaşadığımız hissə Kainatın çoxlu sayda fluktuasiyalarının baş verdiyi hissələrindən biridir.
Hər bir fluktuasiya müəyyən vaxtdan sonra itir və öz yerini digər fluktuasiyaya verir. Ona