Termodinamika Klasikoak nagusitasun ukaezina dauka zientzian. Hain zuzen, bere legeak (energiaren kontserbazioa eta entropiaren etengabeko igoera, batik bat) ezinbestekoak dira naturaren izaera termikoaren oinarriak finkatzeko eta ulertzeko. Hori dela eta, nabarmentzekoa da teoria horrek zientziaren hainbat esparrutara izan duen hedadura; hala nola, kimika fisikora, biokimikara eta alor ugaritako ingeniaritzetara. Beinke, askotariko sistemen deskribapenean egundoko arrakasta izan du Termodinamikak.
Dena dela ere, aintzakotzat izan beharrekoa da ezen teoria klasikoa bi hurbilketatan oinarritzen dela edozein sistemaren azterketa termodinamikoa burutzeko; sistema hori berori makroskopikotzat eta homogeneotzat hartzean, alegia. Horren ondorioz, erabat baztertzen ditu sistema txikien mailan azaleratzen diren tamaina finituko efektuak; beste hitzez esateko, aipaturiko hurbilketa murriztaileok Termodinamika Klasikoa nanoeskalara eramatea eragozten dute.
Horren harira, artikulu honetan Termodinamikatik haratago doan formalismoa aurkeztuko dugu: Terrell Hill fisikariak 1960ko hamarkadan sortutako eta garatutako Nanotermodinamika. Hill-ek “Thermodynamics of Small Systems” artikulua eta izen bera daraman liburu parea plazaratu zituen, Sistema Txikien Termodinamikaren (“Nanotermodinamika” hitza berantiarragoa da) oinarri matematikoak zein aplikazioak azaltzeko. Hala ere, azken sei hamarkadetan ez da haren lanari jarraipen nabarmena eman dion fisikaririk izan. Ondorioz, ez da batere ezaguna mundu-mailako zientzialarien artean.
Ezer baino lehen, aipatzekoa da, arestiko azalpenen harira, arrotza gerta lekigukeela “nano” eta “termodinamika” hitz berean batera ikustea, haien esangurak elkarren artean kontrajarriak dira eta. Bada, kontua da Hill-en teoria Termodinamikak sistema txiki eta heterogeneoak zehaztasun handiagoz ezaugarritzea posible egiten duen orokorpena dela funtsean; bestela esanda, hedapen finituko zuzenketak eta moldaketak eransten dizkie ekuazio klasikoei, eta, halakoak ezaugarritzeko, berariazko potentzial termodinamikoa sortu zuen: banatze-potentziala.
Bada, azalpen teorikoak aurkeztuz, eta tarteka adibide adierazgarriak sartuz, irakurleak ohiko Termodinamikatik haratago eramatea, eta Nanotermodinamikak sistema txikien azterketan duen eraginaz ohartaraztea da artikulu honen xedea, teoria horren nondik norakoez jabetu daitezen bidenabar. Bertatik eskuratuko ditugun ondorio esanahitsuenen artean, honako hauek daude: alde batetik, mundu makroskopikoan intentsiboak diren aldagaiek (T tenperaturak eta 𝜇 potentzial kimikoak, adibidez) oro har izaera estentsiboa dute. Bestetik, gas ideal klasikoa multzo estatistiko berezi batean aztertuko dugu: multzo nanokanonikoan, zeina soilik eskualde nanotermodinamikoan eraiki baitaiteke. Hala, azken hori sistema txikiaren entropiaren maximizazioa bermatzeko baitezpadakoa dela ohartuko gara; era berean, hain entzutetsua den Gibbs-en paradoxaren aurrean soluzio berritzailea eskainiko digu. Aipatutako efektu horiek guztiak banatze-potentzialaren gidaritzapean daude.
Hill-en lana urte luzez baztertuta egon den arren, aipatu beharrekoa da ezen 2020az geroztik, Norvegiako NTNU unibertsitateko ikertzaile-talde batek badiharduela hura berrabiarazi eta bultzatu nahian, eta, horri esker, hainbat sistemaren portaera simulatzeko gai izan direla nanoeskalan; adibidez, adsorbatzaile txikia edota ingurune porotsuetako sistemak.
Artikuluaren fitxa:
- Aldizkaria: Ekaia
- Zenbakia: 44
- Artikuluaren izena: Nanotermodinamika
- Laburpena: Lan honetan, Termodinamika Klasikotik haratago doan teoria aurkeztuko dugu: Terrell Hill fisikariak 1960ko hamarkadan sortutako eta garatutako Nanotermodinamika. Funtsean, sistema txikien azterketarako nahitaezkoa den tresneria biltzen du, banatze-potentzial deritzon potentzial termodinamikoa dela medio. Hain zuzen, horrek ahalbidetzen du, besteak beste, banatzearekin lotutako askatasun-gradu berezia abian jartzeaz bat, multzo estatistiko nanokanonikoaren eraikuntza. Adibideen bidez, eskualde nanotermodinamikoan kasuan kasuko tamaina finituko efektuek duten esanguran sakonduko dugu. Horiek horrela, Termodinamika eta Fisika Estatistikoa irakasgaiko ikasleei arras aberasgarria gertatuko zaie, alde batetik, ohiko Termodina- mikaren irismenaz ohartzea, eta, bestetik, Nanotermodinamikaren nondik norakoak ulertzea eta barneratzea. Aipatzekoa da ezen urte luzez baztertuta egon bada ere, egun Hill-en teoria baliagarria gertatu zaiela hainbat esparrutako zientzialariei; esate baterako, kimika fisikoan eta biologian.
- Egileak: Mikel Garitano Telleria eta Josu Mirena Igartua Aldamiz
- Argitaletxea: UPV/EHUko argitalpen zerbitzua
- ISSN: 0214-9001
- eISSN: 2444-3255
- Orrialdeak: 137-152
- DOI: 10.1387/ekaia.24252
Egileez:
Mikel Garitano Telleria eta Josu Mirena Igartua Aldamiz UPV/EHUko Zientzia eta Teknologia Fakultateko ikertzaileak dira.
Ekaia aldizkariarekin lankidetzan egindako atala.
