Menu

Termodinàmica.
Transformació de l'energia

Energia tèrmica i combustió.
Efectes de la termodinàmica

Entropia

Tercera llei de la termodinàmica

Tercera llei de la termodinàmica

La tercera llei de la termodinàmica afirma que  no es pot arribar al zero absolut en un nombre finit d'etapes .

La tercera llei de la termodinàmica també es pot definir com que a l'arribar a l'zero absolut, 0 graus kelvin, qualsevol procés d'un sistema físic s'atura i que a l'arribar a l'zero absolut l'entropia assoleix un valor mínim i constant.

La tercera llei de la termodinàmica, de vegades anomenada teorema de Nernst o Postulat de Nernst, relaciona l'entropia i la temperatura d'un sistema físic.

Aquest principi estableix que  l' entropia d'un sistema a la temperatura de l'zero absolut és una constant ben definida . Això es deu al fet que, a la temperatura de l'zero absolut, un sistema es troba en un estat bàsic i els increments d'entropia s'aconsegueixen per degeneració des d'aquest estat bàsic.

El teorema de Nernst estableix que l'entropia d'un cristall perfecte d'un element qualsevol a la temperatura de zero absolut és zero. No obstant això, aquesta observació no té en compte que els vidres reals han es ser formats a temperatures superiors a zero. En conseqüència, hauran defectes que no seran eliminats a l'ésser refredats fins al zero absolut. A el no ser vidres perfectes, la informació necessària per descriure els defectes existents incrementarà l'entropia de l'vidre.

Teoremes i enunciats de la tercera llei de la termodinàmica

Els teoremes i enunciats més importants relacionats amb la tercera llei de la termodinàmica són:

  • Teorema de Nernst.
  • Enunciat de Nernst-Simon.
  • Enunciat de Planck.
  • Teorema de la inaccessibilitat de l'zero absolut.
  • 4t Postulat de Callen.

Teorema de Nernst

El teorema de Nernst és una conseqüència de l'tercer principi de la termodinàmica:

Una reacció química entre fases pures cristal·lines que passa en el zero absolut no produeix cap canvi d'entropia. Dit d'una altra manera: és impossible per a qualsevol procés, sense importar com idealitzat estigui, reduir l' entropia d'un sistema al seu valor de zero absolut en un nombre finit d'operacions.

La tercera llei de la termodinàmica ens permet trobar el valor absolut de l'entropia, que no es pot fer en el marc de la termodinàmica clàssica (basada en els principis primer i segon de la termodinàmica).

El teorema de la calor de Nernst va ser utilitzat més tard per un físic alemany Max Planck per definir la tercera llei de la termodinàmica en termes d'entropia i zero absolut.

Enunciat de Nernst-Simon

El canvi d'entropia que resulta de qualsevol transformació isoterma reversible d'un sistema tendeix a zero segons la temperatura s'aproxima a zero.

Tercera llei de la termodinàmica

Enunciat de Planck

En 1911, Max Planck va formular la tercera llei de la termodinàmica com una condició per a la desaparició de l'entropia de tots els cossos a mesura que la temperatura tendeix a zero absolut.

La formulació de Planck correspon a la definició d'entropia en física estadística a través de la probabilitat termodinàmica.

Segons Plank, per a T → 0, l'entropia de qualsevol sistema en equilibri s'aproxima a una constant que és independent de les altres variables termodinàmiques.

Teorema de la inaccessibilitat de l'zero absolut

El teorema de la inaccessibilitat de l'zero absolutoindica que:

"No hi ha cap procés capaç de reduir la temperatura d'un sistema a l'zero absluto en un nombre finit de passos."

4t Postulat de Callin

El quart postulat de Callin afirma que:

L'entropia de qualsevol sistema s'anul·la en l'estat per al qual:

Tercera llei de la termodinàmica

Quines són les conseqüències de l'tercer principi de la termodinàmica?

La tercera llei implica les següents conseqüències:

  1. Impossibilitat d'arribar a temperatures zero absolut
  2. El comportament dels coeficients termodinàmics

Impossibilitat d'arribar a temperatures zero absolut

De la tercera llei de la termodinàmica es dedueix que no es pot aconseguir un zero absolut de temperatura en cap procés final associat amb un canvi en l'entropia. Només es pot abordar asimptòticament.

Per tant, la tercera llei de la termodinàmica de vegades es formula com el principi de la impossibilitat d'arribar a un zero absolut de temperatura.

El comportament dels coeficients termodinàmics

Una sèrie de conseqüències termodinàmiques es deriven de la tercera llei de la termodinàmica: quan T -> 0, també ha de tendir a zero:

  1. la capacitat calorífica a pressió constant ia un volum constant
  2. coeficients d'expansió tèrmica i alguns valors similars.

La validesa de la tercera llei de la termodinàmica es va qüestionar en un moment, però més tard es va descobrir que totes les contradiccions aparents (el valor no nul de l'entropia en una sèrie de substàncies en T = 0) estan associats amb estats metaestables de la matèria que no poden considerar equilibri termodinàmicament.

Referències

Autor:

Data de publicació: 17 de agost de 2016
Última revisió: 8 de abril de 2020