Третий закон термодинамики

Физика > Третий закон термодинамики

 

Изучите третий закон термодинамики простыми словами – формулировка и уравнения. Узнайте, как определить абсолютную энтропию и ее формула, следствие и пример.

Если следовать третьему закону термодинамики, то энтропия идеального кристалла в условиях абсолютного нуля приравнивается к нулю.

Задача обучения

• Разобраться в том, как абсолютный ноль воздействует на энтропию.

Основные пункты

• Энтропия основывается на количестве возможных микросостояний. Если есть лишь одно микросостояние в нулевом кельвине, то энтропия приравнивается к нулю.
• Третий закон предлагает абсолютную контрольную точку для вычисления абсолютной энтропии.
• Абсолютная энтропия записывается в формуле: S = k_BlogW (W – количество доступных микросостояний).

Термины

• Абсолютный ноль – максимально низкая температура: 0 по Кельвину, -273.15°C и -459.67°F. Полное отсутствие тепла.
• Микросостояние – конкретная детальная микроскопическая конфигурация системы.
• Вырождение – два или более различных квантовых состояний, пребывающих на одном энергетическом уровне.

Давайте изучим формулировку третьего закона термодинамики простыми словами. Третий закон можно выразить в такой форме: энтропия идеального кристалла в условиях абсолютного нуля приравнивается к нулю.

В нулевом Кельвине система обязана пребывать в состоянии с максимальной энергии. Энтропия основывается на числе возможных микросостояний. Если оно одно, то энтропия равна нулю.

Третий закон термодинамики вывел Вальтер Нернст в 1906-1912 гг. Очень часто его именуют теоремой или постулатом Нернста. Ученый сказал, что энтропия системы в условиях абсолютного нуля станет четко определенной постоянной. Энтропия способна быть нулевой постоянной, потому что у системы может присутствовать вырождение.

То есть, третий закон термодинамики говорит о том, что энтропия идеального кристалла приближается к нулю, если и абсолютная температура делает то же самое. В итоге, мы получаем некую контрольную точку для вычисления энтропии. Энтропия (S), выявленная относительно данного указателя, выступает абсолютной:

Температурно-энтропийная диаграмма азота. Красная левая дуга – кривая плавления. Абсолютное значение передается здесь благодаря третьему закону

S = k_BlogW (k_B – постоянная Больцмана, W – число микросостояний). Если основное состояние уникально (W = 1), то энтропия идеального кристалла приравнивается к нулю.

---