Termodynamikens tredje lag: vad säger den?

A termodynamikens tredje lag tar upp förhållandet mellan entropi och en absolut referenspunkt för att bestämma det, han är absolut noll. Hon säger också att om en värmemotor kunde nå absolut nolltemperatur, skulle all dess värme omvandlas till arbete, vilket gör den till en perfekt maskin. Denna lag beräknas utifrån gränsen för entropi, där temperaturen tenderar till noll.

Läs också: Vilka är de mest använda termometriska skalorna inom fysik?

Sammanfattning av termodynamikens tredje lag

  • Termodynamikens tredje lag formulerades av fysikalisk kemist Walther Nernst, härledd från termodynamikens andra lagar, enligt statistisk mekanik.

  • Termodynamikens tredje lag säger att det är omöjligt att nå absoluta noll.

  • Forskare har lyckats nå temperaturer nära absolut noll, men har ännu inte nått det.

  • Entropi är organisationen av molekyler i ett system.

  • Termodynamikens lagar är den nollte lagen, första lagen, andra lagen och tredje lagen.

  • Termodynamikens nollte lag studerar den termiska jämvikten mellan olika kroppar.

  • Termodynamikens första lag studerar bevarandet av energi i termodynamiska system.

  • Termodynamikens andra lag studerar värmemotorer och entropi.

  • Termodynamikens tredje lag studerar absolut noll.

Vad säger termodynamikens tredje lag?

Termodynamikens tredje lag, känd som Nernsts teorem eller Nernsts postulat, är en lag utvecklad av den fysikaliska kemisten Walther Nernst (1864 -1941), mellan 1906 och 1912, som utgör uppsättningen av lagar av termodynamik.

År 1912 förkunnade Nernst termodynamikens tredje lag som:

Det är inte möjligt att, genom någon ändlig serie av processer, uppnå absolut nolltemperatur.|1|

Enligt denna lag, när vi närmar oss ett system till den absoluta nolltemperaturen i Kelvin, kommer entropin (graden av oordning i ett system) att ha sin lägsta värde, vilket får alla inblandade processer att upphöra med sin verksamhet, vilket gör det möjligt att identifiera den referenspunkt där det är möjligt att fastställa entropi. I fallet med Termiska maskiner, när de når absoluta noll, skulle de kunna konvertera alla sina Värmeenergi (värme) in arbete, utan förluster.

För en bättre förståelse introduceras begreppet entropi, i termodynamikens andra lag, som graden av rörelse och vibration hos molekylerna i ett system; ju större möjlighet till rörelse, desto större entropi.

Formel för termodynamikens tredje lag

\(\stackrel{lim\ ⁡∆S=0}{\tiny{T→0}}\)

  • \(\stackrel{lim\ ⁡}{\tiny{T→0}}\) är gränsen där temperaturen tenderar till noll.

  • \(∆S\) är systemets entropiförändring, mätt i \([J/K]\).

  • T är temperaturen, mätt i Kelvin \([K]\).

  • entropiformel

\(∆S=\frac{∆Q}T\)

  • \(∆S\) är systemets entropiförändring, mätt i \([J/K]\).

  • \(∆Q\) är förändringen i värme, mätt i joule \([J] \).

  • T är temperaturen, mätt i Kelvin \([K] \).

Tillämpningar av termodynamikens tredje lag

Absolut noll har aldrig nåtts i laboratorier, vilket gör termodynamikens tredje lag till en teoretisk lag, därför finns det inga tillämpningar av den. Men om denna temperatur nåddes skulle värmemotorerna ha 100 % verkningsgrad, och alla deras värme skulle omvandlas till arbete.

Läs också: Hur man beräknar effektiviteten hos värmemotorer

Hur kom termodynamikens tredje lag till?

Mellan 1906 och 1912 utvecklade den fysikaliska kemisten Walther Nernst termodynamikens tredje lag, han var också ansvarig för forskning inom områdena elektrokemi Det är fotokemi, vilket ger ett stort framsteg i studiet av fysikalisk-kemiska.

Baserat på hans entropistudier, Walther Nernst föreslog att det bara förekommer i perfekta kristallerMen senare skulle han verifiera att temperaturen på absoluta nollpunkten inte ens existerar, men också att, om systemet är nära denna temperatur, kan ett lägsta entropivärde vara erhållits.

Sedan dess har forskare försökt få denna temperatur och nått nivåer närmare och närmare noll. Utifrån det insåg de att det bara kan uppnås inom gaser.

Med utvecklingen av statistisk mekanik, den termodynamikens tredje lag blev en lag som härrörde från de grundläggande lagarna, till skillnad från de andra lagarna som fortsätter att vara grundläggande, eftersom de har en experimentell grund som stöder dem.

termodynamikens lagar

Termodynamikens lagar handlar om sambanden mellan tryck, volym och temperatur med värme, energi och annat fysiska kvantiteter. De är sammansatta av fyra lagar: nolllag, första lag, andra lag och tredje lag.

  • Termodynamikens nolllag: anger att kroppar vid olika temperaturer kommer att utbyta värme tills de når termisk balans.

  • termodynamikens första lag: anger att förändringen i inre energi i ett termodynamiskt system ges av skillnaden mellan det arbete som utförs av systemet och förändringen i värme det absorberade.

  • termodynamikens andra lag: anger att det är omöjligt att skapa en maskin som kan omvandla all sin värme till arbete. Dessutom uttalar hon entropi som graden av oordning i ett system.

  • termodynamikens tredje lag: anger att det är omöjligt att nå absoluta noll.

Notera

|1| citat från boken Grundkurs i fysik: vätskor, svängningar och vågor, värme (vol. 2).

Av Pamella Raphaella Melo
Fysikalärare

Källa: Brasilien skola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/terceira-lei-da-termodinamica.htm

4 typer av kaffe; känner till de viktigaste skillnaderna mellan dem

Brasilien är en av de största tillverkarna av kaffe av världen. Således är denna dryck en del av ...

read more

Försiktig! DESSA drycker kan orsaka blindhet

För den som tror att synproblem bara utvecklas på grund av sjukdom eller olyckor så är det inte s...

read more

Den japanska kryddan du vill använda i alla dina rätter

Ibland räcker salt och peppar för att få smaken av en god maträtt. Men vid andra tillfällen vill ...

read more