Üçüncü Yasa ve Mutlak Sıfır
Termodinamiğin üçüncü yasası, sıcaklık mutlak sıfıra yaklaştıkça entropinin nasıl davrandığını açıklamakta ve mutlak sıfıra sonlu sayıda adımda ulaşılamayacağını ima etmektedir.
Tanım
Termodinamiğin üçüncü yasası, bir sistemin sıcaklığı mutlak sıfıra yaklaştıkça, entropisinin sabit bir minimum değere yaklaştığını (mükemmel kristal bir madde için bu değer sıfırdır) ve mutlak sıfıra sonlu bir süreç dizisiyle ulaşılamayacağını belirtmektedir.
Kapsam
Bu konu, Nernst ısı teoremini ve üçüncü yasanın Planck ifadesini, mutlak sıfırda mükemmel kristaller için entropi farklarının ve entropinin kendisinin ortadan kalkmasını, mutlak sıfıra ulaşılamazlığını ve sıcaklık düştükçe ısı kapasiteleri ile termal genleşme katsayılarının ortadan kalkması gibi sonuçları kapsamaktadır. Artık entropi ve kuantum temel durum dejenerasyonunun rolü de belirtilmektedir.
Temel sorular
- Nernst ısı teoremi, mutlak sıfıra yakın entropi değişimleri hakkında neyi ileri sürmektedir?
- Mükemmel bir kristalin entropisi mutlak sıfırda neden sıfıra eğilim göstermektedir?
- Mutlak sıfıra sonlu sayıda adımda neden ulaşılamamaktadır?
- Sıcaklık sıfıra yaklaştıkça ısı kapasiteleri ve diğer tepki fonksiyonları nasıl davranmaktadır?
Anahtar kavramlar
- Nernst ısı teoremi
- Planck ifadesi ve mükemmel kristallerin sıfır entropisi
- Mutlak sıfıra ulaşılamazlık
- Artık entropi ve temel durum dejenerasyonu
- Düşük sıcaklıkta ısı kapasitelerinin ortadan kalkması
Temel kuramlar
- Nernst ısı teoremi
- Sıcaklık mutlak sıfıra yaklaştıkça, herhangi bir izotermal tersinir sürecin entropi değişimi sıfıra eğilim göstermekte, böylece durumlar arasındaki entropi farkları düşük sıcaklık sınırında ortadan kalkmaktadır.
Klinik önem
Üçüncü yasa, kriyojenik ve düşük sıcaklık fiziğini yönetmekte, adyabatik demanyetizasyon gibi soğutma tekniklerini kısıtlamakta ve makroskopik entropiyi maddenin kuantum mekanik temel durumuyla ilişkilendirmektedir.
Tarihçe
Walther Nernst, 1906'da ısı teoremini termal verilerden kimyasal dengeyi hesaplamak için tanıtmıştır; Planck ve Einstein daha sonra bu teoremi geliştirmiş ve kuantum istatistiklerinin gelişimi, mutlak sıfırda entropinin ortadan kalkmasına mikroskobik açıklamasını sağlamıştır.
Öne çıkan isimler
- Walther Nernst
- Max Planck
İlgili konular
Temel eserler
- nernst1906
- callen1985
Sıkça sorulan sorular
- Mutlak sıfıra neden asla ulaşılamamaktadır?
- Sıcaklık düştükçe her soğutma adımı, kalan entropinin daha küçük bir kısmını uzaklaştırmaktadır; bu nedenle tam olarak sıfır entropiye ve sıfır sıcaklığa ulaşmak sonsuz sayıda adım gerektirecektir ki üçüncü yasa bunu sonlu zamanda imkansız kılmaktadır.