Định luật Ba và Độ không tuyệt đối

Định luật ba nhiệt động lực học mô tả cách entropy biến đổi khi nhiệt độ tiến gần đến độ không tuyệt đối, ngụ ý rằng độ không tuyệt đối không thể đạt được trong một số hữu hạn các bước.

Definition

Định luật ba nhiệt động lực học phát biểu rằng khi nhiệt độ của một hệ tiến gần đến độ không tuyệt đối, entropy của nó tiến gần đến một giá trị tối thiểu không đổi, bằng không đối với một chất tinh thể hoàn hảo, và rằng độ không tuyệt đối không thể đạt được trong một chuỗi hữu hạn các quá trình.

Scope

Chủ đề này bao gồm định lý nhiệt Nernst và phát biểu Planck về định luật ba, sự biến mất của sự khác biệt entropy và bản thân entropy đối với các tinh thể hoàn hảo ở độ không tuyệt đối, tính không thể đạt được của độ không tuyệt đối, và các hệ quả như sự biến mất của nhiệt dung và hệ số giãn nở nhiệt khi nhiệt độ giảm. Entropy dư và vai trò của sự suy biến trạng thái cơ bản lượng tử cũng được đề cập.

Core questions

• Định lý nhiệt Nernst khẳng định điều gì về sự thay đổi entropy gần độ không tuyệt đối?
• Tại sao entropy của một tinh thể hoàn hảo có xu hướng bằng không ở độ không tuyệt đối?
• Tại sao độ không tuyệt đối không thể đạt được trong một số hữu hạn các bước?
• Nhiệt dung và các hàm phản ứng khác biến đổi như thế nào khi nhiệt độ tiến gần đến không?

Key concepts

• Định lý nhiệt Nernst
• Phát biểu Planck và entropy bằng không của các tinh thể hoàn hảo
• Tính không thể đạt được của độ không tuyệt đối
• Entropy dư và sự suy biến trạng thái cơ bản
• Sự biến mất của nhiệt dung ở nhiệt độ thấp

Key theories

Định lý nhiệt Nernst

Khi nhiệt độ tiến gần đến độ không tuyệt đối, sự thay đổi entropy của bất kỳ quá trình thuận nghịch đẳng nhiệt nào cũng có xu hướng bằng không, do đó sự khác biệt entropy giữa các trạng thái biến mất trong giới hạn nhiệt độ thấp.

Clinical relevance

Định luật ba chi phối ngành đông lạnh và vật lý nhiệt độ thấp, giới hạn các kỹ thuật làm lạnh như khử từ đoạn nhiệt, và kết nối entropy vĩ mô với trạng thái cơ bản cơ học lượng tử của vật chất.

History

Walther Nernst đã giới thiệu định lý nhiệt của mình vào năm 1906 để tính toán cân bằng hóa học từ dữ liệu nhiệt; Planck và Einstein sau đó đã làm rõ nó, và sự phát triển của thống kê lượng tử đã mang lại lời giải thích vi mô cho sự biến mất của entropy ở độ không tuyệt đối.

Key figures

• Walther Nernst
• Max Planck

Seminal works

• nernst1906
• callen1985

Frequently asked questions

Tại sao độ không tuyệt đối không bao giờ có thể đạt được?

Mỗi bước làm lạnh loại bỏ một phần nhỏ hơn của entropy còn lại khi nhiệt độ giảm, do đó để đạt được chính xác entropy bằng không và nhiệt độ bằng không sẽ đòi hỏi vô số bước, điều mà định luật ba cho là không thể trong thời gian hữu hạn.