Технології та наука Учені переписали один із головних законів фізики: до чого це може призвести
Фізики зробили прорив у застосуванні першого закону термодинаміки до складних систем. Цей закон є одним із головних у фізиці, але тривалий час він не міг описати системи, що перебувають поза термодинамічною рівновагою.
Related video
Учені з Університету Західної Вірджинії, США, переписали майже 200-річний перший закон термодинаміки. Вони з'ясували, як один із головних законів фізики можна застосовувати ширше, ніж будь-коли раніше. Це відкриття може переосмислити наше розуміння складних енергетичних систем, а також змінити технології, пише Popular Mechanics.
У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!
Перший закон термодинаміки
Перший закон термодинаміки є одним із фундаментальних законів фізики. Навіть якщо ви не надто цікавитеся фізичними дослідженнями, можливо, ви знайомі зі спрощеною версією цього закону: енергію не можна ні створити, ні знищити, але її можна перетворити на різні форми.
- Перший закон термодинаміки є законом збереження енергії, який застосовується до теплових процесів. Він говорить, що зміна внутрішньої енергії системи дорівнює сумі отриманої теплоти і роботи, здійсненої над системою, або, іншими словами, кількість теплоти, передана системі, йде на зміну її внутрішньої енергії і здійснення роботи системою над зовнішнім середовищем.
"Припустимо, ви нагріваєте повітряну кулю. Перший закон термодинаміки визначає, наскільки розширюється повітряна куля і наскільки нагрівається газ усередині неї. Ключовим моментом є те, що загальна кількість енергії, яка змушує повітряну кулю розширюватися, а газ нагріватися, дорівнює кількості тепла, яке ви в неї вкладаєте", — кажуть учені.
Перший закон термодинаміки став корисним інструментом для фізиків з моменту його відкриття в 1850-х роках. Але є одна проблема: закон працював тільки тоді, коли системи перебували у стані термодинамічної рівноваги або близько до неї. Це означає, що температура системи постійна у всій системі. Немає великих гарячих і холодних точок і скрізь практично однакова температура, а отже, скрізь практично однакова кількість енергії.
Фізики переписали перший закон термодинаміки
Фізики вже давно намагаються знайти спосіб застосувати перший закон термодинаміки до систем, які не перебувають у рівновазі. З багатьма з цих систем ми не стикаємося в повсякденному житті, але вони дуже поширені у Всесвіті в таких речовинах, як космічна плазма, що трапляється всюди, від хвостів комет до зовнішніх шарів зірок.
Учені з'ясували, що перетворення енергії в системах, що перебувають у термодинамічній рівновазі, можна майже повністю описати їхньою густиною і тиском. Але характер перетворення енергії в більш складних системах визначається набагато більшим, ніж просто густиною і тиском.
"Поза рівновагою перший закон термодинаміки продовжує описувати тільки перетворення енергії в процесі, що змінює густину і температуру. Ми виявили, що всі інші величини, що описують газ, рідину або плазму, коли вони не перебувають у рівновазі, не потрапляють під дію першого закону термодинаміки", — кажуть учені.
Фізикам був потрібен спосіб кількісної оцінки всіх перетворень енергії, які не описувалися густиною і тиском. І вони його знайшли.
Вчені вважають, що результати їхнього дослідження можна застосувати в різних галузях науки: від хімічних і фізичних досліджень до створення нових технологій у виробництві електронних схем і квантових обчисленнях.
Як уже писав Фокус, вчені виявили надмасивну чорну діру, яка порушує теоретичне правило фізики для цих об'єктів.
Також Фокус писав про те, що вчені розповіли, чи дійсно стародавні єгиптяни встановлювали міни-пастки в пірамідах. Стародавні єгиптяни не хотіли, щоб грабіжники вкрали скарби з пірамід і придумували різні способи для захисту гробниць фараонів.