तीसरा नियम और परम शून्य

ऊष्मागतिकी का तीसरा नियम बताता है कि जैसे-जैसे तापमान परम शून्य के करीब पहुँचता है, एन्ट्रॉपी कैसे व्यवहार करती है, जिसका अर्थ है कि परम शून्य को परिमित चरणों में प्राप्त नहीं किया जा सकता है।

Definition

ऊष्मागतिकी का तीसरा नियम कहता है कि जैसे-जैसे किसी निकाय का तापमान परम शून्य के करीब पहुँचता है, उसकी एन्ट्रॉपी एक स्थिर न्यूनतम मान के करीब पहुँचती है, जो एक पूर्ण क्रिस्टलीय पदार्थ के लिए शून्य होता है, और यह कि परम शून्य को प्रक्रियाओं के एक परिमित अनुक्रम में प्राप्त नहीं किया जा सकता है।

Scope

यह विषय नर्नस्ट ऊष्मा प्रमेय और तीसरे नियम के प्लैंक कथन, परम शून्य पर पूर्ण क्रिस्टलों के लिए एन्ट्रॉपी अंतर और स्वयं एन्ट्रॉपी के लुप्त होने, परम शून्य की अप्राप्यता, और तापमान गिरने पर ऊष्मा क्षमता और तापीय विस्तार गुणांक के लुप्त होने जैसे परिणामों को शामिल करता है। अवशिष्ट एन्ट्रॉपी और क्वांटम मूल-अवस्था अपभ्रष्टता (quantum ground-state degeneracy) की भूमिका पर ध्यान दिया गया है।

Core questions

• परम शून्य के निकट एन्ट्रॉपी परिवर्तनों के बारे में नर्नस्ट ऊष्मा प्रमेय क्या कहता है?
• एक पूर्ण क्रिस्टल की एन्ट्रॉपी परम शून्य पर शून्य क्यों हो जाती है?
• परम शून्य को परिमित चरणों में क्यों प्राप्त नहीं किया जा सकता है?
• तापमान शून्य के करीब पहुँचने पर ऊष्मा क्षमता और अन्य प्रतिक्रिया कार्य (response functions) कैसे व्यवहार करते हैं?

Key concepts

• नर्नस्ट ऊष्मा प्रमेय
• प्लैंक कथन और पूर्ण क्रिस्टलों की शून्य एन्ट्रॉपी
• परम शून्य की अप्राप्यता
• अवशिष्ट एन्ट्रॉपी और मूल-अवस्था अपभ्रष्टता (ground-state degeneracy)
• कम तापमान पर ऊष्मा क्षमताओं का लुप्त होना

Key theories

नर्नस्ट ऊष्मा प्रमेय

जैसे-जैसे तापमान परम शून्य के करीब पहुँचता है, किसी भी समतापी उत्क्रमणीय प्रक्रिया का एन्ट्रॉपी परिवर्तन शून्य की ओर प्रवृत्त होता है, इसलिए निम्न-तापमान सीमा में अवस्थाओं के बीच एन्ट्रॉपी अंतर लुप्त हो जाते हैं।

Clinical relevance

तीसरा नियम क्रायोजेनिक्स और निम्न-तापमान भौतिकी को नियंत्रित करता है, रुद्धोष्म विचुंबकन (adiabatic demagnetization) जैसी शीतलन तकनीकों को बाधित करता है, और स्थूल एन्ट्रॉपी को पदार्थ की क्वांटम यांत्रिक मूल अवस्था से जोड़ता है।

History

वाल्थर नर्नस्ट ने 1906 में तापीय डेटा से रासायनिक संतुलन की गणना के लिए अपना ऊष्मा प्रमेय प्रस्तुत किया; प्लैंक और आइंस्टीन ने बाद में इसे और परिष्कृत किया, और क्वांटम सांख्यिकी के विकास ने परम शून्य पर एन्ट्रॉपी के लुप्त होने की सूक्ष्म व्याख्या दी।

Key figures

• Walther Nernst
• Max Planck

Seminal works

• nernst1906
• callen1985

Frequently asked questions

परम शून्य को कभी क्यों नहीं प्राप्त किया जा सकता है?

जैसे-जैसे तापमान गिरता है, प्रत्येक शीतलन चरण शेष एन्ट्रॉपी का एक छोटा अंश हटाता है, इसलिए ठीक शून्य एन्ट्रॉपी और शून्य तापमान तक पहुँचने के लिए अनंत चरणों की आवश्यकता होगी, जिसे तीसरा नियम परिमित समय में असंभव बनाता है।