Трэці пачатак тэрмадынамікі

Тэрмадынаміка, пачаткі:
Нулявы пачатак тэрмадынамікі
Першы пачатак тэрмадынамікі
Другі пачатак тэрмадынамікі
Трэці пачатак тэрмадынамікі

Трэці пачатак тэрмадынамікі, трэці закон тэрмадынкмікі, тэарэма Нэрнста - сцвярджае, што энтрапія сістэмы пры набліжэнні да абсалютнага нуля тэмпературы імкнецца да нуля.

$\lim_{T\to 0}S=0$

Гісторыя

Першы і другі пачаткі тэрмадынамікі не дазваляюць вызначыць значэнне энтрапіі пры звышнізкіх значэннях тэмпературы. На падставе абагульнення эксперэментальных даследванняў уласцівасцяў розных рэчываў быў устаноўлены закон, які ліквідаваў гэты недахоп. Сфармуляваў яго ў 1906 годзе В. Нэрнст (1864-1941), гэты закон мае назву трэцяга пачатка тэрмадынамікі, ці тэарэмы Нэрнста. Тэарэму у сучасны выгляд прывёў 1911 годзе М. Планк (1858-1947).

Прымяненне

Тэарэма, базуючыся на квантамеханічных уяўленнях можа быць выкарыстаная для вызначэння дакладнай велічыні энтрапіі.

$S = k_B \ln \, \Omega \$

Дзе:

• $S$ - энтрапія сістэмы [ДЖ/К],
  

• $k_B$ - сталая Больцмана,
  

• $\Omega \$ - колькасць мікрастанаў сістэмы.
  

У класічнай тэрмадынаміцы тэарэма Нэрнста мае абмежаваны ўжытак, бо, у асноўным, пры разліках разглядаецца толькі адноснае змяненне энтрапіі.

Вынікі

Недасягальнасць абсалютнага нуля тэмпературы

Недасягальнасць абсалютнага нуля тэмпературы (-273,15 C ⁰) можна растлумачыць:

1) У межах класічнай тэрмадынамікі:

Пры абсалютным нулі тэмпературы энтрапія сістэмы будзе роўная нулю:

$S = k_B\ln (1)\ = 0$

Між іншым, гэта азначае магчымасць стварэння вечнага рухавіка другога роду з каэфіцыентам карыснага дзеяння ў 100 адсоткаў:

$\eta = 1- \frac{T_2}{T_1} = 1$

што супярэчыць другому закону тэрмадынамікі.

2) Магчыма сфармуляваць прычыну недасягальнасці абсалютнага нуля тэмпературы некалькі інакш:

Калі сістэма ахалоджваецца метадам паўтарэння цыкла адыябатчнага пашырэння (паменьшаецца тэмпература) і ізатэрмічнага сціскання (паменьшаецца энтрапія), то пры набліжэнні значэння $T$ да нуля энтрапія прыймае значэнне нуля і больш не зменьваецца.

Гэта значыць, што пры канцавой колькасці паўтарэння цыклаў можна толькі асімптатычна (чым бліжэй да бяконцасці, тым дакладней) набліжацца да стану з $T = 0$.

Часцяком трэці пачатак тэрмадынамікі таксама мае фармулёўку, якая вынікае з гэтах двух пунктаў:

"Абсалютны нуль тэмпературы недасягальны"

Паводзіны іншых фізічных велічынь

Пры $T\to 0$ будуць таксама імкнуцца да нуля такія велічыні, як:

• $\beta$ - каэфіціэнт цеплавога пашырэння [K ⁻¹],
  

• $c_P$ - ізабарная цеплаёмістасць [Дж/(кг·К)],
  

• $c_V$ - ізахорная цеплаёмістасць [Дж/(кг·К)].
  

Гл. таксама

• Абсалютны нуль тэмпературы
• Энтрапія

Літаратура

• Базаров И. П. Термодинамика - Москва: Высшая школа,1991, 376 с.
• Жилко В. В., Лавриненко А. В., Маркович Л. Г. Физика — Минск: Народная асвета, 2002, 382 с.

У сеціве

• Трэці пачатак тэрмадынамікі, Вялікая Савецкая Энцыклапедыя (на рус. мове)