Principiul al treilea al termodinamicii

Termodinamică
Schema unei mașini termice Carnot
Ramuri Clasică Statistică Chimică Cuantică la echilibru / nu la echilibru
Principii Zero Primul Al doilea Al treilea
Sisteme Izolat Închis Deschis Adiabatic Stare Ecuație de stare Gaz ideal Gaz real Stare de agregare Fază Echilibru Volum de control Instrumente Procese Destindere liberă Izobar Izocor Izotermic Adiabatic exponent Izentropic Izentalpic Politropic Cvasistatic Reversibil Ireversibil disipare Cicluri Carnot Direct Inversat Randament și eficiență Diagrame termodinamice p-V T-s h-s p-h Psihro
Propertăți ale sistemelor Notă: Parametri conjugați cu italice Proprietăți intensive și extensive Funcții de proces Lucru mecanic Căldură Funcții de stare Temperatură / Entropie Presiune (internă, parțială) / Volum Potențial chimic / Număr de particule Titlul vaporilor Proprietăți reduse
Proprietăți ale materialelor Baze de date cu proprietăți Capacitate termică masică  ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \partial S}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle \partial T}$ Coeficient de compresibilitate  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ Coeficient de dilatare volumică  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$
Ecuații Teorema lui Carnot Teorema lui Clausius Relația fundamentală Legea gazelor ideale Stări corespondente Relațiile Maxwell Relațiile Onsager Ecuațiile Bridgman Tabel cu ecuații termodinamice
Potențiale Energie internă: ${\displaystyle U(S,V)}$ Energie liberă: ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Entalpie: ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Entalpie liberă: ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$ Entropie liberă
Istorie Cultură Istorie Generală Istoria entropiei Legile gazelor Istoria perpetuum mobilelor Filozofie Entropie și timp Entropie și viață Clichetul brownian Demonul lui Maxwell Paradoxul morții termice Paradoxul lui Loschmidt Sinergetică Teorii Teoria caloricului Forța vie Echivalentul mecanic al caloriei Putere motrice Lucrări fundamentale An Experimental Enquiry Concerning ... Heat On the Equilibrium of Heterogeneous Substances Réflexions sur la puissance motrice du feu Cronologii Termodinamică mașini termice Artă Învățământ Suprafața termodinamică a lui Maxwell Entropia ca disipare a energiei
Personalități Bernoulli Boltzmann Bridgman Carathéodory Carnot Clapeyron Clausius de Donder Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Kelvin Lewis Massieu Maxwell von Mayer Nernst Onsager Planck Rankine Smeaton Stahl Tait Thompson van der Waals Waterston
Altele Nucleație Autoasamblare Autoorganizare Ordine și dezordine
Categorie
v d m

Al treilea principiu al termodinamicii a fost formulat mai întâi de către Walther Nernst în 1906 și a fost denumit teorema lui Nernst, iar apoi a fost reformulat de către Max Planck. Principiul al treilea nu conține funcții de stare, dar el face ca funcțiile de stare să poată fi determinate numeric, și deci, să poată fi utilizate în practică. Principiul al III-lea al termodinamicii se referă la modul cum se comportă entropia unui sistem în vecinătatea temperaturii de zero absolut:

„Când temperatura absolută a unui sistem tinde către zero, entropia sa tinde către o constantă universală, finită, care, pentru sistemele pure condensate, poate fi egală cu zero.”

${\displaystyle \lim _{T\to 0K}S=const.}$   sau ${\displaystyle \lim _{T\to 0K}\Delta S=0.}$

Șerban Țițeica a arătat că mecanica statistică clasică, bazată pe o distribuție continuă a energiei, este incompatibilă cu principiul al treilea al termodinamicii. ^[1]

Deci pentru ${\displaystyle T\to 0K}$, entropia sistemului nu poate fi modificată prin nicio acțiune. Planck a arătat că pentru ${\displaystyle T\to 0K}$ nu numai ${\displaystyle \Delta S\to 0,}$ ci și ${\displaystyle S\to 0.}$

Formularea dată de Planck este:

„Când temperatura tinde la zero absolut, entropia sistemului este nulă.”

${\displaystyle \lim _{T\to 0K}S=S_{0}=0.}$

Formularea principiului al treilea al termodinamicii se mai face și astfel: "Prin nicio experiență nu poate fi atinsă temperatura de zero absolut".

Din principiul al treilea al termodinamicii rezultă următoarele consecințe:

1. Capacitățile termice C_x, pentru un parametru x constant, tind spre zero pentru ${\displaystyle T\to 0\;K.}$
2. Coeficientul de dilatare termică și coeficientul termic al presiunii tind spre zero când ${\displaystyle T\to 0\;K.}$
3. Este imposibilă atingerea temperaturii de zero absolut.

Pentru a se demonstra această ultimă afirmație, se imaginează un ciclu Carnot cu T₂ = 0. Variația entropiei pe întregul ciclu este:

${\displaystyle \Delta S=\oint {\frac {\partial Q}{T}}={\frac {Q_{1}}{T_{1}}}.}$

Dar conform principiului al doilea al termodinamicii, variația entropiei într-un proces ciclic reversibil, cum este și ciclul Carnot, este zero (teorema lui Clausius). Deci:

${\displaystyle \Delta S=\oint {\frac {\partial Q}{t}}=0.}$

Se obține că Q₁/T₁=0, deși Q₁ primită de la sursa caldă este nenulă. Această contradicție se explică prin aceea că s-a încercat să se presupună că se poate construi un ciclu Carnot cu temperatura sursei reci ${\displaystyle T_{2}=0\;K.}$

Deci este imposibil să se realizeze un ciclu în care temperatura agentului termic să atingă temperatura de 0 K sau, altfel spus, temperatura „zero absolut” nu poate fi atinsă.

• Țițeica, Șerban: Curs de fizică statistică și teoria cuantelor, All Educational, Timișoara, 2000. ISBN 973-684-319-X
• Mircea Giurgiu: Fizică, note de curs, Editura Conspress, București, 2010. ISBN 978-973-100-113-5
• Linus Pauling, Chimie generală, Editura Științifică, București, 1972 (traducere din limba engleză)

Portal Fizică