La tercera llei de la termodinàmica afirma que no es pot assolir el zero absolut en un nombre finit d'etapes.
La tercera llei de la termodinàmica també es pot definir com que en arribar al zero absolut, 0 graus kelvin, qualsevol procés d'un sistema físic s'atura i que en arribar al zero absolut l'entropia arriba a 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 del zero absolut és una constant ben definida. Això és perquè, a la temperatura del 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 de ser formats a temperatures superiors a zero. En conseqüència, tindran defectes que no seran eliminats en ser refredats fins al zero absolut. Com que no són vidres perfectes, la informació necessària per descriure els defectes existents incrementarà l'entropia del 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:
1. Teorema de Nernst
Una reacció química entre fases pures cristal·lines que passa al zero absolut no produeix cap canvi d'entropia. Dit d'una altra manera: és impossible reduir l'entropia absoluta d'un sistema al 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.
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.
2. Enunciat de Nernst-Simon
El canvi d'entropia que és qualsevol transformació isoterma reversible d'un sistema tendeix a zero segons la temperatura s'aproxima a zero.
3. Enunciat de Planck
El 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 al zero absolut.
Segons Plank, en qualsevol sistema en equilibri on la temperatura tendeix a 0, l'entropia tendeix a una constant que és independent de les altres variables termodinàmiques.
4. Teorema de la inaccessibilitat del zero absolut
El teorema de la inaccessibilitat del zero absolut indica que:
"No hi ha cap procés capaç de reduir la temperatura d'un sistema al zero absolut en un nombre finit de passos."
5. El quart postulat de Callen
El quart postulat de Callen afirma que:
L'entropia de qualsevol sistema s'anul·la a l'estat per al qual:
Quines són les conseqüències del tercer principi de la termodinàmica?
La tercera llei implica les conseqüències següents:
1. Impossibilitat d'assolir temperatures zero absolut
De la tercera llei de la termodinàmica es dedueix que no es pot assolir un zero absolut de temperatura en cap procés final associat amb un canvi a 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 dassolir un zero absolut de temperatura.
2. 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:
-
la capacitat calorífica a pressió constant ia un volum constant
-
coeficients dexpansió 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 estan associats amb estats metaestables de la matèria que no es poden considerar en equilibri termodinàmicament.