Третье начало термодинамики (теорема Нернста) физический принцип, определяющий поведение энтропии при абсолютном нуле температуры. Является одним из постулатов. - презентация

1 Третье начало термодинамики (теорема Нернста) физический принцип, определяющий поведение энтропии при абсолютном нуле температуры. Является одним из постулатов термодинамики.

2 Третье начало термодинамики может быть сформулировано так: «Приращение энтропии при абсолютном нуле температуры стремится к конечному пределу, не зависящему от того, в каком равновесном состоянии находится система». Или где -любой термодинамический параметр.

3 Третье начало термодинамики Заметим, что третье начало термодинамики относится только к равновесным состояниям. Поскольку на основе второго начала термодинамики энтропию можно определить только с точностью до произвольной аддитивной постоянной (то есть, определяется не сама энтропия, а только её изменение): третье начало термодинамики может быть использовано для точного определения энтропии. При этом энтропию равновесной системы при абсолютном нуле температуры считают равной нулю.

4 Третье начало термодинамики Третье начало термодинамики позволяет находить абсолютное значение энтропии, что нельзя сделать в рамках классической термодинамики (на основе первого и второго начал термодинамики). В классической термодинамике энтропия может быть определена лишь с точностью до произвольной аддитивной постоянной S0, что практически не мешает большинству термодинамических исследований, так как реально измеряется разность энтропий (S0) в различных состояниях. Согласно третьему началу термодинамики, при Т 0 значение ΔS 0.

5 В 1911 году Макс Планк сформулировал третье начало термодинамики, как условие обращения в нуль энтропии всех тел при стремлении температуры к абсолютному нулю:. Отсюда S 0 = 0, что даёт возможность определять абсолютное значения энтропии и других термодинамических потенциалов.

6 Формулировка Планка Формулировка Планка соответствует определению энтропии в статистической физике через термодинамическую вероятность (W) состояния системы

7 Третье начало термодинамики При абсолютном нуле температуры система находится в основном квантово-механическом состоянии, если оно не вырождено, для которого W = 1 (состояние реализуется единственным микрораспределением). Следовательно, энтропия S при Т 0 равна нулю. В действительности при всех измерениях стремление энтропии к нулю начинает проявляться значительно раньше, чем может стать существенной при T = 0 дискретность квантовых уровней макроскопической системы, приводящая к явлениям квантового вырождения.

8 Третье начало термодинамики Из третьего начала термодинамики следует, что абсолютного нуля температуры нельзя достигнуть ни в каком конечном процессе, связанном с изменением энтропии, к нему можно лишь асимптотически приближаться, поэтому третье начало термодинамики иногда формулируют как принцип недостижимости абсолютного нуля температуры. Из третьего начала термодинамики вытекает ряд термодинамических следствий: при T 0 должны стремиться к нулю теплоёмкости при постоянном давлении и при постоянном объёме, коэффициенты теплового расширения и некоторые аналогичные величины.

9 Третье начало термодинамики Справедливость третьего начала термодинамики одно время подвергалась сомнению, но позже было выяснено, что все кажущиеся противоречия (ненулевое значение энтропии у ряда веществ при Т=0) связаны с метастабильными состояниями вещества, которые нельзя считать термодинамически равновесными.

10 Третье начало термодинамики часто нарушается в модельных системах. Так, при энтропия классического идеального газа стремится к минус бесконечности. Это говорит о том, что при низких температурах идеальный газ должен вести себя не по уравнению Менделеева Клапейрона. Таким образом, третье начало термодинамики указывает на недостаточность классической механики и статистики и является макроскопическим проявлением квантовых свойств реальных систем.