א החוק השלישי של התרמודינמיקה מתייחס ליחסים בין ה אנטרופיה ונקודת התייחסות מוחלטת כדי לקבוע זאת, הוא אפס מוחלט. היא גם קובעת שאם מנוע חום היה מסוגל להגיע לטמפרטורת אפס מוחלטת, כל החום שלו היה מומר לעבודה, מה שהופך אותו למכונה מושלמת. חוק זה מחושב על סמך גבול האנטרופיה, שבו הטמפרטורה שואפת לאפס.
קראו גם: מהם הסולמות התרמומטריים הנפוצים ביותר בפיזיקה?
סיכום על החוק השלישי של התרמודינמיקה
החוק השלישי של התרמודינמיקה נוסח על ידי הכימאי הפיזיקלי וולטר נרנסט, כשהוא נגזר מחוקי התרמודינמיקה האחרים, על פי מכניקה סטטיסטית.
החוק השלישי של התרמודינמיקה קובע שאי אפשר להגיע לאפס המוחלט.
מדענים הצליחו להגיע לטמפרטורות הקרובות לאפס המוחלט, אך טרם הגיעו אליו.
אנטרופיה היא ארגון של מולקולות במערכת.
חוקי התרמודינמיקה הם חוק האפס, החוק הראשון, החוק השני והחוק השלישי.
החוק האפסי של התרמודינמיקה חוקר את שיווי המשקל התרמי בין גופים שונים.
החוק הראשון של התרמודינמיקה חוקר את שימור האנרגיה במערכות תרמודינמיות.
החוק השני של התרמודינמיקה חוקר מנועי חום ואנטרופיה.
החוק השלישי של התרמודינמיקה חוקר את האפס המוחלט.
מה אומר החוק השלישי של התרמודינמיקה?
החוק השלישי של התרמודינמיקה, המכונה משפט נרנסט או הנחה של נרנסט, הוא חוק פותח על ידי הכימאי הפיזיקלי Walther Nernst (1864 -1941), בין 1906 ל-1912, המרכיב את הסט של חוקים של תֶרמוֹדִינָמִיקָה.
בשנת 1912, נרנסט הגדיר את החוק השלישי של התרמודינמיקה כ:
לא ניתן, על ידי סדרה סופית של תהליכים, להגיע לטמפרטורה אפס מוחלטת.|1|
לפי חוק זה, כאשר אנו מתקרבים למערכת לטמפרטורה של האפס המוחלט בקלווין, האנטרופיה (דרגת אי-הסדר של מערכת) תהיה הנמוכה ביותר. ערך, הגורם לכל התהליכים המעורבים להפסיק את פעילותם, מה שמאפשר לזהות את נקודת ההתייחסות שבה ניתן לקבוע את אנטרופיה. במקרה של מכונות תרמיות, כשהם מגיעים לאפס המוחלט, הם יוכלו להמיר את כולם אנרגיית תרמית (חום) פנימה עֲבוֹדָה, ללא הפסדים.
להבנה טובה יותר, מושג האנטרופיה מוצג, בחוק השני של התרמודינמיקה, כמידת התנועה והרטט של מולקולות מערכת; ככל שהאפשרות לתנועה גדולה יותר, כך האנטרופיה גדולה יותר.
נוסחת החוק השלישי של התרמודינמיקה
\(\stackrel{lim\ ∆S=0}{\tiny{T→0}}\)
\(\stackrel{lim\ }{\tiny{T→0}}\) הוא הגבול שבו הטמפרטורה שואפת לאפס.
\(∆S\) הוא שינוי האנטרופיה של המערכת, נמדד ב \([J/K]\).
ט היא הטמפרטורה, הנמדדת בקלווין \([K]\).
נוסחת אנטרופיה
\(∆S=\frac{∆Q}T\)
\(∆S\) הוא שינוי האנטרופיה של המערכת, נמדד ב \([J/K]\).
\(∆Q\) הוא השינוי בחום, הנמדד בג'אול \([J] \).
ט היא הטמפרטורה, הנמדדת בקלווין \([K] \).
יישומים של החוק השלישי של התרמודינמיקה
לאפס מוחלט מעולם לא הושג במעבדות, מה שהופך את החוק השלישי של התרמודינמיקה א החוק התיאורטי, לפיכך, אין לו יישומים. עם זאת, אם הטמפרטורה הזו הייתה מגיעה, למנועי החום תהיה יעילות של 100%, וכל שלהם חוֹם יוסב לעבודה.
קרא גם: כיצד לחשב את היעילות של מנועי חום
כיצד נוצר החוק השלישי של התרמודינמיקה?
בין 1906 ל-1912, הכימאי הפיזיקלי וולטר נרנסט פיתח את החוק השלישי של התרמודינמיקה, הוא גם היה אחראי על מחקר בתחומי אלקטרוכימיה זה פוטוכימיה, מתן התקדמות משמעותית בלימוד של פיזיקוכימי.
בהתבסס על לימודי האנטרופיה שלו, וולתר נרנסט הציע שזה מתרחש רק בגבישים מושלמיםעם זאת, מאוחר יותר, הוא יוודא שלמעשה, הטמפרטורה של האפס המוחלט אפילו לא קיימת, אבל גם שאם המערכת קרובה לטמפרטורה זו, ערך אנטרופיה מינימלי יכול להיות שהושג.
מאז, מדענים מנסים להשיג טמפרטורה זו, ומגיעים לרמות הקרובות יותר ויותר לאפס. בהתבסס על זה, הם הבינו שזה יכול להיות מושג רק ב גזים.
עם התפתחות המכניקה הסטטיסטית, ה החוק השלישי של התרמודינמיקה הפך לחוק שנגזר מחוקי היסוד, בניגוד לשאר החוקים שממשיכים להיות יסודיים, כי יש להם בסיס ניסיוני שתומך בהם.
חוקי התרמודינמיקה
חוקי התרמודינמיקה עוסקים ביחסים בין לחץ, נפח וטמפרטורה עם חום, אנרגיה ואחרים כמויות פיזיות. הם מורכבים מארבעה חוקים: חוק אפס, חוק ראשון, חוק שני וחוק שלישי.
חוק האפס של התרמודינמיקה: קובע שגופים בטמפרטורות שונות יחליפו חום עד שיגיעו ל איזון תרמי.
החוק הראשון של התרמודינמיקה: קובע שהשינוי באנרגיה הפנימית של מערכת תרמודינמית ניתן מההבדל בין העבודה שמבצעת המערכת לבין השינוי בחום שהיא ספגה.
החוק השני של התרמודינמיקה: קובע שאי אפשר ליצור מכונה המסוגלת להמיר את כל החום שלה לעבודה. יתר על כן, היא מבטאת אנטרופיה כמידת האי-סדר במערכת.
החוק השלישי של התרמודינמיקה: קובע שאי אפשר להגיע לאפס המוחלט.
הערה
|1| ציטוט מהספר קורס פיזיקה בסיסי: נוזלים, תנודות וגלים, חום (כרך 2).
מאת פמלה רפאלה מלו
מורה לפיזיקה
מָקוֹר: בית ספר ברזיל - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/terceira-lei-da-termodinamica.htm
