Tercera Ley y Cero Absoluto
La tercera ley de la termodinámica describe cómo se comporta la entropía a medida que la temperatura se acerca al cero absoluto, lo que implica que el cero absoluto no puede alcanzarse en un número finito de pasos.
Definition
La tercera ley de la termodinámica establece que a medida que la temperatura de un sistema se acerca al cero absoluto, su entropía se aproxima a un valor mínimo constante, que es cero para una sustancia cristalina perfecta, y que el cero absoluto no puede alcanzarse en una secuencia finita de procesos.
Scope
Este tema abarca el teorema del calor de Nernst y la formulación de Planck de la tercera ley, la desaparición de las diferencias de entropía y de la entropía misma para cristales perfectos en el cero absoluto, la inalcanzabilidad del cero absoluto y consecuencias como la desaparición de las capacidades caloríficas y los coeficientes de expansión térmica a medida que desciende la temperatura. Se señalan la entropía residual y el papel de la degeneración del estado fundamental cuántico.
Core questions
- ¿Qué afirma el teorema del calor de Nernst sobre los cambios de entropía cerca del cero absoluto?
- ¿Por qué la entropía de un cristal perfecto tiende a cero en el cero absoluto?
- ¿Por qué el cero absoluto es inalcanzable en un número finito de pasos?
- ¿Cómo se comportan las capacidades caloríficas y otras funciones de respuesta a medida que la temperatura se acerca a cero?
Key concepts
- Teorema del calor de Nernst
- Formulación de Planck y entropía cero de cristales perfectos
- Inalcanzabilidad del cero absoluto
- Entropía residual y degeneración del estado fundamental
- Desaparición de las capacidades caloríficas a baja temperatura
Key theories
- Teorema del calor de Nernst
- A medida que la temperatura se acerca al cero absoluto, el cambio de entropía de cualquier proceso isotérmico reversible tiende a cero, por lo que las diferencias de entropía entre estados desaparecen en el límite de baja temperatura.
Clinical relevance
La tercera ley rige la criogenia y la física de bajas temperaturas, restringe las técnicas de enfriamiento como la desmagnetización adiabática y conecta la entropía macroscópica con el estado fundamental cuántico de la materia.
History
Walther Nernst introdujo su teorema del calor en 1906 para calcular equilibrios químicos a partir de datos térmicos; Planck y Einstein lo perfeccionaron más tarde, y el desarrollo de la estadística cuántica dio a la desaparición de la entropía en el cero absoluto su explicación microscópica.
Key figures
- Walther Nernst
- Max Planck
Related topics
Seminal works
- nernst1906
- callen1985
Frequently asked questions
- ¿Por qué nunca se puede alcanzar el cero absoluto?
- Cada paso de enfriamiento elimina una fracción menor de la entropía restante a medida que la temperatura desciende, por lo que alcanzar exactamente cero entropía y cero temperatura requeriría infinitos pasos, lo que la tercera ley hace imposible en un tiempo finito.