Po viac ako sto rokoch vedci modifikujú prvý termodynamický zákon: Na toto „vylepšenie“ sa čakalo dlho!
Zákony termodynamiky existujú už veľmi dlho a vysvetľujeme pomocou nich veľa praktických vedcov.
Prvý termodynamický zákon hovorí, že energia systému nemôže vzniknúť z ničoho, ale musí byť do systému dodaná okolím prostredníctvom tepla alebo mechanickej práce. V rámci novej štúdie vedci z West Virginia University objavili spôsob, ako tento zákon modifikovať.
Za štúdiou stoja vedci, ktorí sa venovali konverzii energie v prehriatej plazme vo vesmíre. Výsledky tejto štúdie posunú odbory fyziky a iných vied dopredu.
„Prvý termodynamický zákon nám hovorí aj to, že energia nemôže vzniknúť, ale ani zaniknúť. Možno ju však transformovať do iných foriem. Predstavte si, že zohrejete balón. Prvý termodynamický zákon nám hovorí ako veľmi balón expanduje a aký teplý bude plyn vo vnútri,“ vysvetľuje jeden z autorov štúdie, Paul Cassak.
Inými slovami, Prvý zákon termodynamiky hovorí, že energia nemôže byť vytvorená ani zničená, ale môže byť premenená na rôzne formy.
Prvý termodynamický zákon vznikol v 50. rokoch 19. storočia a pomocou neho dokážeme opísať funkciu chladničiek alebo automobilového motora. Funguje však len v prípade systémov, kde možno jasne určiť teplotu, teda nachádzajú sa v rovnovážnom stave. Keď zmiešate horúcu a studenú vodu, v pohári sa nakoniec teplota ustáli niekde medzi, teda v rovnovážnom stave.
V modernej vede sa však môžeme stretnúť s množstvom systémov, ktoré v rovnováhe nie sú. Viac ako sto rokov sa vedci pokúšali uplatniť prvý termodynamický zákon aj na systémy mimo rovnovážneho stavu. Napríklad plazma vo vesmíre je vzdialená od rovnovážneho stavu a tým pádom na ňu teórie neplatili, až do nedávneho výskumu.
Neprehliadnite
Autorom sa podarilo rozšíriť termodynamický zákon tak, aby mohol byť použiteľný aj na systémy mimo rovnovážneho stavu.
„V rámci našej práce sa nám podarilo generalizovať prvý termodynamický zákon. Teraz funguje aj na systémy, ktoré nie sú v rovnováhe. Ručne sme vytvorili výpočty, ktoré nám pomohli zistiť koľko energie sa spája s hmotou mimo rovnovážneho stavu,“ tvrdí Cassak.
Až donedávna špičkové teórie pracovali len s energiou, ktorá sa spájala s expanziou a hrievaním. Autori štúdie však ručne vytvorili rovnice, ktoré prinášajú možnosť vypočítať všetku energiu systému, pričom sledovaný systém nemusí byť v rovnováhe. Ide o jedinečnú sadu meraní, ktorá zmení spôsob, akým sa na plazmu pozeráme.
Uplatnenie v praxi
Výsledky štúdie majú obrovské množstvo uplatnení. Autorom štúdie umožnia lepšie pochopiť plazmy vo vesmíre, čo im umožní lepšie predpovedať vesmírne počasie. Vieme totiž, že v prípade silnej solárnej búrky môžu nastať výpadky prúdu alebo satelitnej komunikácie. Zároveň by mohol tento rozšírený zákon pomôcť aj v odboroch chémie kvantových počítačov alebo polovodičov.
„Vo fyzike nepoznáme veľa zákonov. Newtonové zákony, zákony elektriny a magnetizmu, termodynamické zákony, zákony kvantovej mechaniky. Upraviť jeden zo zákonov, ktorý existoval už 150 rokov je významný úspech,“ tvrdí Duncan Lorimer, profesor z West Virginia University.
Solárne búrky vznikajú keď erupcie na Slnku vystrelia horúcu plazmu do vesmíru. Tá sa stretáva s našou magnetosférou a vytvára napríklad polárnu žiaru v oblastiach blízko pólov planéty. Solárna búrka však robí problémy pre všetky elektronické zariadenia a silná solárna búrka by mohla spôsobiť výpadky elektrickej energie až na niekoľko mesiacov.
Komentáre