Troisième loi et zéro absolu
La troisième loi de la thermodynamique décrit le comportement de l'entropie lorsque la température approche le zéro absolu, ce qui implique que le zéro absolu ne peut être atteint en un nombre fini d'étapes.
Definition
La troisième loi de la thermodynamique stipule que lorsque la température d'un système approche le zéro absolu, son entropie tend vers une valeur minimale constante, qui est nulle pour une substance cristalline parfaite, et que le zéro absolu ne peut être atteint en une séquence finie de processus.
Scope
Ce sujet couvre le théorème de la chaleur de Nernst et l'énoncé de Planck de la troisième loi, l'annulation des différences d'entropie et de l'entropie elle-même pour les cristaux parfaits au zéro absolu, l'inaccessibilité du zéro absolu, et des conséquences telles que l'annulation des capacités thermiques et des coefficients de dilatation thermique à mesure que la température diminue. L'entropie résiduelle et le rôle de la dégénérescence de l'état fondamental quantique sont également abordés.
Core questions
- Que stipule le théorème de la chaleur de Nernst concernant les changements d'entropie près du zéro absolu ?
- Pourquoi l'entropie d'un cristal parfait tend-elle vers zéro au zéro absolu ?
- Pourquoi le zéro absolu est-il inaccessible en un nombre fini d'étapes ?
- Comment les capacités thermiques et d'autres fonctions de réponse se comportent-elles lorsque la température approche zéro ?
Key concepts
- Théorème de la chaleur de Nernst
- Énoncé de Planck et entropie nulle des cristaux parfaits
- Inaccessibilité du zéro absolu
- Entropie résiduelle et dégénérescence de l'état fondamental
- Annulation des capacités thermiques à basse température
Key theories
- Théorème de la chaleur de Nernst
- Lorsque la température approche le zéro absolu, le changement d'entropie de tout processus isotherme réversible tend vers zéro, de sorte que les différences d'entropie entre les états s'annulent à la limite des basses températures.
Clinical relevance
La troisième loi régit la cryogénie et la physique des basses températures, contraint les techniques de refroidissement telles que la démagnétisation adiabatique, et relie l'entropie macroscopique à l'état fondamental quantique de la matière.
History
Walther Nernst a introduit son théorème de la chaleur en 1906 pour calculer les équilibres chimiques à partir de données thermiques ; Planck et Einstein l'ont ensuite affiné, et le développement de la statistique quantique a fourni son explication microscopique à l'annulation de l'entropie au zéro absolu.
Key figures
- Walther Nernst
- Max Planck
Related topics
Seminal works
- nernst1906
- callen1985
Frequently asked questions
- Pourquoi le zéro absolu ne peut-il jamais être atteint ?
- Chaque étape de refroidissement élimine une fraction plus petite de l'entropie restante à mesure que la température diminue, de sorte qu'atteindre exactement une entropie et une température nulles nécessiterait une infinité d'étapes, ce que la troisième loi rend impossible en un temps fini.