Трэці пачатак тэрмадынамікі

Трэці пачатак тэрмадынамікі, трэці закон тэрмадынамікі, тэарэма Нэрнста — фізычны прынцып, які вызначае паводзіны энтрапіі сыстэмы пры набліжэньні тэмпэратуры да абсалютнага нуля. Зьяўляецца адным з пастулятаў тэрмадынамікі.

Фармулёўка: «прырашчэньне энтрапіі пры абсалютным нулі тэмпэратуры імкнецца да канцавога ліміту, які не залежыць ад таго, у якім раўнаважным стане знаходзіцца сыстэма».

$\lim\limits_{T \to \, 0\, K} \left[S(T,x_2) - S(T,x_1) \right] = 0$

або

$\lim\limits_{T \to \, 0\, K} \left( \frac{\partial S}{\partial x} \right)_T = 0,$

дзе $x$ — любы тэрмадынамічны парамэтар.

Мінуўшчына

Першы і другі пачаткі тэрмадынамікі не дазваляюць вызначыць значэньне энтрапіі пры звышнізкіх значэньнях тэмпэратуры. На падставе абагульненьня экспэрымэнтальных дасьледваньняў уласьцівасьцяў розных рэчываў быў устаноўлены закон, які ліквідаваў гэты недахоп. Сфармуляваў яго ў 1906 року Вальтэр Нэрнст (1864—1941), гэты закон мае назву трэцяга пачатку тэрмадынамікі, ці тэарэмы Нэрнста. Тэарэму ў сучасны выгляд прывёў у 1911 Макс Плянк (1858—1947).

Прымяненьне

Тэарэма, базуючыся на квантамэханічных уяўленнях, можа быць выкарыстаная для вызначэньня дакладнай велічыні энтрапіі.

$S = k_B \ln \, \Omega \$

Дзе:

• $S$ — энтрапія сыстэмы [Дж/К],
  

• $k_B$ — сталая Больцмана,
  

• $\Omega \$ — колькасць мікрастанаў сыстэмы.
  

У клясычнай тэрмадынаміцы тэарэма Нэрнста мае абмежаваны ўжытак, бо, у асноўным, пры разьліках разглядаецца толькі адноснае зьмяненьне энтрапіі.

Высновы

Недасягальнасьць абсалютнага нуля тэмпэратуры

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

1) У межах клясычнай тэрмадынамікі:

Пры абсалютным нулі тэмпэратуры энтрапія сыстэмы будзе роўная нулю:

$S = k_B\ln (1)\ = 0$

Між іншым, гэта азначае магчымасьць стварэньня вечнага рухавіку другога роду з каэфіцыентам карыснага дзеяньня ў 100 адсоткаў:

$\eta = 1- \frac{T_2}{T_1} = 1$

што супярэчыць другому закону тэрмадынамікі.

2) Магчыма сфармуляваць прычыну недасягальнасьці абсалютнага нуля тэмпэратуры некалькі інакш:

Калі сыстэма ахалоджваецца мэтадам паўтарэньня цыклю адыябатчнага пашырэньня (памяньшаецца тэмпэратура) і ізатэрмічнага сьцісканьня (памяньшаецца энтрапія), то пры набліжэньні значэньня $T$ да нуля энтрапія прымае значэньне нуля і больш ня зьмяняецца.

Гэта значыць, што пры канцавой колькасьці паўтарэньня цыкляў можна толькі асымптатычна (чым бліжэй да бясконцасьці, тым дакладней) набліжацца да стану з $T = 0$.

Часьцяком трэці пачатак тэрмадынамікі таксама мае фармулёўку, якая вынікае з гэтах двух пунктаў:

«Абсалютны нуль тэмпэратуры недасягальны»

Паводзіны іншых фізычных велічыняў

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

• $\beta$ — каэфіцыэнт цеплавога пашырэньня [K ⁻¹],
  

• $c_P$ — ізабарная цеплаёмістасьць [Дж/(кг·К)],
  

• $c_V$ — ізахорная цеплаёмістасьць [Дж/(кг·К)].
  

Глядзіце таксама

• Абсалютны нуль тэмпэратуры
• Энтрапія

Літаратура

• Базаров И. П. Термодинамика — Москва: Высшая школа,1991, 376 с.
• Жилко В. В., Лавриненко А. В., Маркович Л. Г. Физика — Минск: Народная асвета, 2002, 382 с.

Вонкавыя спасылкі

• Трэці пачатак тэрмадынамікі, Вялікая Савецкая Энцыклапедыя^(рас.)