Трэці пачатак тэрмадынамікі

Трэці пачатак тэрмадынамікі, трэці закон тэрмадынамікі, тэарэма Нэрнста — сцвярджае, што энтрапія сістэмы пры набліжэнні да абсалютнага нуля тэмпературы імкнецца да нуля:

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

Гісторыя

Першы і другі пачаткі тэрмадынамікі не дазваляюць вызначыць значэнне энтрапіі пры звышнізкіх значэннях тэмпературы. На падставе абагульнення эксперыментальных даследаванняў уласцівасцей розных рэчываў быў устаноўлены закон, які ліквідаваў гэты недахоп. Сфармуляваў яго ў 1906 годзе В. Нэрнст (1864—1941), гэты закон мае назву трэцяга пачатка тэрмадынамікі, ці тэарэмы Нэрнста. Тэарэму у сучасны выгляд прывёў 1911 годзе М. Планк (1858—1947).

Прымяненне

Тэарэму можна выкарыстоўваць для вызначэння дакладнай велічыні энтрапіі.

${\displaystyle S=k_{B}\ln \Omega ,}$

дзе:

• ${\displaystyle S}$ — энтрапія сістэмы [Дж/К],
• ${\displaystyle k_{B}}$ — сталая Больцмана,
• ${\displaystyle \Omega }$ — колькасць мікрастанаў сістэмы.

У класічнай тэрмадынаміцы тэарэма Нэрнста мае абмежаваны ўжытак, бо, у асноўным, пры разліках разглядаецца толькі адноснае змяненне энтрапіі.

Вынікі

Недасягальнасць абсалютнага нуля тэмпературы

Недасягальнасць абсалютнага нуля тэмпературы (-273,15 °C ⁰) можна растлумачыць:

1) У межах класічнай тэрмадынамікі:

Пры абсалютным нулі тэмпературы энтрапія сістэмы будзе роўная нулю:

${\displaystyle S=k_{B}\ln(1)\ =0}$

Між іншым, гэта азначае магчымасць стварэння вечнага рухавіка другога роду з каэфіцыентам карыснага дзеяння ў 100 адсоткаў:

${\displaystyle \eta =1-{\frac {T_{2}}{T_{1}}}=1,}$

што супярэчыць другому закону тэрмадынамікі.

2) Можна сфармуляваць прычыну недасягальнасці абсалютнага нуля тэмпературы некалькі іначай:

Калі сістэма ахалоджваецца метадам паўтарэння цыкла адыябатчнага пашырэння (памяншаецца тэмпература) і ізатэрмічнага сціскання (памяншаецца энтрапія), то пры набліжэнні значэння ${\displaystyle T}$ да нуля энтрапія прымае значэнне нуля і больш не змяняецца.

Гэта значыць, што пры канечнай колькасці паўтарэння цыклаў можна толькі асімптатычна (чым бліжэй да бесканечнасці, тым дакладней) прыбліжацца да стану з ${\displaystyle T=0}$.

Часта трэці пачатак тэрмадынамікі таксама мае фармулёўку, якая вынікае з гэтых двух пунктаў:

«Абсалютны нуль тэмпературы недасягальны»

Паводзіны іншых фізічных велічынь

Пры ${\displaystyle T\to 0}$ будуць таксама імкнуцца да нуля такія велічыні, як:

• ${\displaystyle \beta }$ — каэфіціэнт цеплавога пашырэння [K ⁻¹],
• ${\displaystyle c_{P}}$ — ізабарная цеплаёмістасць [Дж/(кг·К)],
• ${\displaystyle c_{V}}$ — ізахорная цеплаёмістасць [Дж/(кг·К)].

Гл. таксама

• Абсалютны нуль тэмпературы
• Энтрапія

Літаратура

• Базаров И. П. Термодинамика — Москва: Высшая школа, 1991. — 376 с. (руск.)
• Жилко В. В., Лавриненко А. В., Маркович Л. Г. Физика — Минск: Народная асвета, 2002. — 382 с. (руск.)
• Зако́ны термодина́мики // Большая политехническая энциклопедия (руск.) / Авт.-сост. В. Д. Рязанцев. — М.: Мир и образование, 2011. — С. 113—114. — 704 с. — 2 000 экз. — ISBN 978-5-94666-621-3.

Спасылкі

• Трэці пачатак тэрмадынамікі, Вялікая Савецкая Энцыклапедыя (руск.)