A derde wet van de thermodynamica richt zich op de relatie tussen de entropie en een absoluut referentiepunt om het te bepalen, hij is de absolute nulpunt. Ze stelt ook dat als een warmtemotor de temperatuur van het absolute nulpunt zou kunnen bereiken, al zijn warmte zou worden omgezet in arbeid, waardoor het een perfecte machine zou worden. Deze wet wordt berekend op basis van de limiet van entropie, waar de temperatuur naar nul neigt.
Lees ook: Wat zijn de meest gebruikte thermometrische schalen in de natuurkunde?
Samenvatting over de derde wet van de thermodynamica
De derde wet van de thermodynamica is geformuleerd door fysisch chemicus Walther Nernst en is volgens de statistische mechanica afgeleid van de andere wetten van de thermodynamica.
De derde wet van de thermodynamica stelt dat het onmogelijk is om het absolute nulpunt te bereiken.
Wetenschappers zijn erin geslaagd temperaturen dicht bij het absolute nulpunt te bereiken, maar hebben het nog niet bereikt.
Entropie is de organisatie van moleculen in een systeem.
De wetten van de thermodynamica zijn de nulde wet, de eerste wet, de tweede wet en de derde wet.
De nulde wet van de thermodynamica bestudeert het thermisch evenwicht tussen verschillende lichamen.
De eerste wet van de thermodynamica bestudeert het behoud van energie in thermodynamische systemen.
De tweede wet van de thermodynamica bestudeert warmtemotoren en entropie.
De derde wet van de thermodynamica bestudeert het absolute nulpunt.
Wat zegt de derde wet van de thermodynamica?
De derde wet van de thermodynamica, bekend als de stelling van Nernst of het postulaat van Nernst, is een wet ontwikkeld door de fysisch chemicus Walther Nernst (1864 -1941), tussen 1906 en 1912, die de set van wetten van thermodynamica.
In 1912 formuleerde Nernst de derde wet van de thermodynamica als volgt:
Het is door geen enkele eindige reeks processen mogelijk om de temperatuur van het absolute nulpunt te bereiken.|1|
Volgens deze wet zal, wanneer we een systeem naderen tot de temperatuur van het absolute nulpunt in Kelvin, de entropie (de mate van wanorde van een systeem) het laagst zijn waarde, waardoor alle betrokken processen hun activiteiten stopzetten, waardoor het mogelijk wordt om het referentiepunt te identificeren waarin het mogelijk is om de entropie. In het geval van Thermische machines, bij het bereiken van het absolute nulpunt, zouden ze al hun kunnen converteren Thermische energie (warmte) binnen werk, zonder verliezen.
Voor een beter begrip wordt het concept van entropie geïntroduceerd, in de tweede wet van de thermodynamica, als de mate van beweging en trilling van de moleculen van een systeem; hoe groter de mogelijkheid van beweging, hoe groter de entropie.
Formule van de derde wet van de thermodynamica
\(\stackrel{lim\ ∆S=0}{\tiny{T→0}}\)
\(\stackrel{lim\ }{\tiny{T→0}}\) is de limiet waarbij de temperatuur naar nul neigt.
\(∆S\) is de entropieverandering van het systeem, gemeten in \([J/K]\).
T is de temperatuur, gemeten in Kelvin \([K]\).
entropie formule
\(∆S=\frac{∆Q}T\)
\(∆S\) is de entropieverandering van het systeem, gemeten in \([J/K]\).
\(∆Q\) is de verandering in warmte, gemeten in Joules \([J] \).
T is de temperatuur, gemeten in Kelvin \([K] \).
Toepassingen van de derde wet van de thermodynamica
Het absolute nulpunt is nooit bereikt in laboratoria, waardoor de derde wet van de thermodynamica a theoretische wet, daarom zijn er geen toepassingen van. Als deze temperatuur echter zou worden bereikt, zouden de warmtemotoren een efficiëntie van 100% hebben, en dat allemaal warmte zou worden omgezet in werk.
Lees ook: Hoe de efficiëntie van warmtemotoren te berekenen
Hoe is de derde wet van de thermodynamica tot stand gekomen?
Tussen 1906 en 1912 ontwikkelde de fysisch chemicus Walther Nernst de derde wet van de thermodynamica. Hij was ook verantwoordelijk voor onderzoek op het gebied van elektrochemie Het is fotochemie, wat een belangrijke stap vooruit betekent in de studie van fysisch-chemisch.
Op basis van zijn entropiestudies, Walther Nernst stelde voor dat het alleen voorkomt in perfecte kristallenmaar later zou hij verifiëren dat de temperatuur van het absolute nulpunt in feite niet eens bestaat, maar ook dat, als het systeem dicht bij deze temperatuur ligt, er een minimale entropiewaarde zou kunnen zijn verkregen.
Sinds die tijd hebben wetenschappers geprobeerd om deze temperatuur te verkrijgen, waarbij ze niveaus steeds dichter bij nul bereikten. Op basis daarvan beseften ze dat het alleen haalbaar kan zijn in gassen.
Met de ontwikkeling van statistische mechanica, de derde wet van de thermodynamica werd een wet afgeleid van de basiswetten, in tegenstelling tot de andere wetten die fundamenteel blijven, omdat ze een experimentele basis hebben die hen ondersteunt.
wetten van de thermodynamica
De wetten van de thermodynamica behandelen de relaties tussen druk, volume en temperatuur met warmte, energie en andere fysieke hoeveelheden. Ze zijn samengesteld uit vier wetten: nulwet, eerste wet, tweede wet en derde wet.
Nulde wet van de thermodynamica: stelt dat lichamen bij verschillende temperaturen warmte zullen uitwisselen totdat ze de thermische balans.
eerste wet van de thermodynamica: stelt dat de verandering in interne energie van een thermodynamisch systeem wordt gegeven door het verschil tussen het werk dat door het systeem wordt verricht en de verandering in warmte die het absorbeert.
tweede wet van de thermodynamica: stelt dat het onmogelijk is om een machine te maken die al zijn warmte in arbeid kan omzetten. Bovendien formuleert ze entropie als de mate van wanorde in een systeem.
derde wet van de thermodynamica: stelt dat het onmogelijk is om het absolute nulpunt te bereiken.
Opmerking
|1| citaat uit het boek Basiscursus natuurkunde: vloeistoffen, trillingen en golven, warmte (vol. 2).
Door Pamella Raphaella Melo
Natuurkunde leraar
Bron: Braziliaanse school - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/terceira-lei-da-termodinamica.htm
