أ القانون الثالث للديناميكا الحرارية يعالج العلاقة بين إنتروبيا ونقطة مرجعية مطلقة لتحديده ، كونه الصفر المطلق. وتذكر أيضًا أنه إذا كان المحرك الحراري قادرًا على الوصول إلى درجة حرارة الصفر المطلق ، فسيتم تحويل كل حرارته إلى عمل ، مما يجعله آلة مثالية. يُحسب هذا القانون بناءً على حد الإنتروبيا ، حيث تميل درجة الحرارة إلى الصفر.
اقرأ أيضا: ما هي المقاييس الحرارية الأكثر استخدامًا في الفيزياء؟
ملخص عن القانون الثالث للديناميكا الحرارية
القانون الثالث للديناميكا الحرارية صاغه الكيميائي الفيزيائي والثر نرنست ، مشتقًا من قوانين الديناميكا الحرارية الأخرى ، وفقًا للميكانيكا الإحصائية.
ينص القانون الثالث للديناميكا الحرارية على أنه من المستحيل الوصول إلى الصفر المطلق.
تمكن العلماء من الوصول إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق ، لكنهم لم يصلوا إليها بعد.
الانتروبيا هو تنظيم الجزيئات في نظام.
قوانين الديناميكا الحرارية هي القانون الصفري والقانون الأول والقانون الثاني والقانون الثالث.
يدرس القانون الصفري للديناميكا الحرارية التوازن الحراري بين الأجسام المختلفة.
يدرس القانون الأول للديناميكا الحرارية الحفاظ على الطاقة في الأنظمة الديناميكية الحرارية.
يدرس القانون الثاني للديناميكا الحرارية المحركات الحرارية والإنتروبيا.
يدرس القانون الثالث للديناميكا الحرارية الصفر المطلق.
ماذا يقول القانون الثالث للديناميكا الحرارية؟
القانون الثالث للديناميكا الحرارية ، المعروف باسم نظرية نرنست أو مسلمة نرنست ، هو قانون تم تطويره بواسطة الكيميائي الفيزيائي Walther Nernst (1864-1941) ، بين عامي 1906 و 1912 ، والتي تشكل مجموعة قوانين الديناميكا الحرارية.
في عام 1912 ، أعلن نيرنست القانون الثالث للديناميكا الحرارية على النحو التالي:
ليس من الممكن ، بأي سلسلة محدودة من العمليات ، الوصول إلى درجة حرارة الصفر المطلق.|1|
وفقًا لهذا القانون ، عندما نقترب من نظام لدرجة حرارة الصفر المطلق في كلفن ، فإن الانتروبيا (درجة اضطراب النظام) سيكون لها أدنى مستوياتها القيمة ، مما يتسبب في توقف جميع العمليات المعنية عن أنشطتها ، مما يجعل من الممكن تحديد النقطة المرجعية التي يمكن من خلالها تحديد إنتروبيا. في حالة الآلات الحرارية، عند الوصول إلى الصفر المطلق ، سيكونون قادرين على تحويل كل طاقة حرارية (حرارة) في عملبدون خسائر.
من أجل فهم أفضل ، تم تقديم مفهوم الانتروبيا ، في القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، كدرجة حركة واهتزاز جزيئات النظام ؛ كلما زادت إمكانية الحركة ، زادت الانتروبيا.
صيغة القانون الثالث للديناميكا الحرارية
\ (\ stackrel {lim \ ∆S = 0} {\ tiny {T → 0}} \)
\ (\ stackrel {lim \ } {\ tiny {T → 0}} \) هو الحد الذي تميل فيه درجة الحرارة إلى الصفر.
\ (∆S \) هو تغيير الانتروبيا للنظام ، مقاسة بـ \ ([J / K] \).
تي هي درجة الحرارة ، مقاسة بالكلفن \([ك]\).
صيغة الانتروبيا
\ (∆S = \ فارك {∆Q} T \)
\ (∆S \) هو تغيير الانتروبيا للنظام ، مقاسة بـ \ ([J / K] \).
\ (∆ س \) هو التغير في الحرارة ، مُقاسًا بالجول \ ([J] \).
تي هي درجة الحرارة ، مقاسة بالكلفن \([ك] \).
تطبيقات القانون الثالث للديناميكا الحرارية
لم يتم الوصول إلى الصفر المطلق في المختبرات ، مما يجعل القانون الثالث للديناميكا الحرارية أ القانون النظري ، لذلك ، لا توجد تطبيقات له. ومع ذلك ، إذا تم الوصول إلى درجة الحرارة هذه ، فستكون للمحركات الحرارية كفاءة بنسبة 100 ٪ ، وجميعها حرارة سيتم تحويلها إلى عمل.
اقرأ أيضا: كيفية حساب كفاءة المحركات الحرارية
كيف جاء القانون الثالث للديناميكا الحرارية؟
بين عامي 1906 و 1912 ، طور الكيميائي الفيزيائي والثر نرنست القانون الثالث للديناميكا الحرارية ، وكان أيضًا مسؤولاً عن البحث في مجالات الكيمياء الكهربائية إنها الكيمياء الضوئية، مما يوفر تقدمًا كبيرًا في دراسة فيزيائية كيميائية.
بناءً على دراساته في الانتروبيا ، اقترح والثر نرنست أنه يحدث فقط في البلورات الكاملةومع ذلك ، في وقت لاحق ، سوف يتحقق من أن درجة حرارة الصفر المطلق لا وجود لها في الواقع ، ولكن أيضًا ، إذا كان النظام قريبًا من درجة الحرارة هذه ، يمكن أن تكون قيمة الانتروبيا الدنيا مُقتَنىً.
منذ ذلك الوقت ، يحاول العلماء الحصول على درجة الحرارة هذه ، لتصل إلى مستويات أقرب وأقرب إلى الصفر. وبناءً على ذلك ، أدركوا أنه لا يمكن تحقيقه إلا في غازات.
مع تطور الميكانيكا الإحصائية ، أصبح أصبح القانون الثالث للديناميكا الحرارية قانونًا مستمدًا من القوانين الأساسية، على عكس القوانين الأخرى التي لا تزال أساسية ، لأن لها أساسًا تجريبيًا يدعمها.
قوانين الديناميكا الحرارية
تتعامل قوانين الديناميكا الحرارية مع العلاقات بين الضغط والحجم ودرجة الحرارة مع الحرارة والطاقة وغيرها كميات فيزيائية. وهي تتألف من أربعة قوانين: القانون الصفري والقانون الأول والقانون الثاني والقانون الثالث.
القانون الصفري للديناميكا الحرارية: تنص على أن الأجسام عند درجات حرارة مختلفة تتبادل الحرارة حتى تصل إلى التوازن الحراري.
القانون الأول للديناميكا الحرارية: تنص على أن التغيير في الطاقة الداخلية لنظام ديناميكي حراري يتم الحصول عليه من خلال الفرق بين العمل الذي يقوم به النظام والتغير في الحرارة التي يمتصها.
القانون الثاني للديناميكا الحرارية: تنص على استحالة إنشاء آلة قادرة على تحويل كل حرارتها إلى عمل. علاوة على ذلك ، تعلن الأنتروبيا على أنها درجة الاضطراب في النظام.
القانون الثالث للديناميكا الحرارية: تنص على أنه من المستحيل الوصول إلى الصفر المطلق.
ملحوظة
|1| اقتبس من الكتاب مقرر الفيزياء الأساسية: السوائل ، الذبذبات والأمواج ، الحرارة (المجلد. 2).
بقلم باميلا رافايلا ميلو
مدرس الفيزياء
مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/terceira-lei-da-termodinamica.htm