Tercera ley de la termodinámica

Termodinámica
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La tercera ley de la termodinámica es una ley estadística de la naturaleza con respecto a la entropía :

La entropía de un cristal perfecto aproxima a cero cuando la temperatura absoluta se aproxima a cero.

Para otros materiales, el entropía residual no es necesariamente cero,

Historia

La tercera ley fue desarrollada por el químico Por lo tanto, Walther Nernst durante los años 1906-1912, y se refiere a menudo como el teorema de Nernst o postulado de Nernst. La tercera ley de la termodinámica establece que la entropía de un sistema en el cero absoluto es una constante bien definido. Esto se debe a un sistema a temperatura cero existe en su estado fundamental, de modo que su entropía se determina sólo por el degeneración del estado fundamental. Esto significa que "es imposible por cualquier procedimiento, no importa cómo idealizada, para reducir cualquier sistema para el cero absoluto de temperatura en un número finito de operaciones".

Una versión alternativa de la tercera ley de la termodinámica como afirma Gilbert N. Lewis y Merle Randall en 1923:

Si la entropía de cada elemento en algún estado (perfecto) cristalina tomarse como cero en el cero absoluto de temperatura, cada sustancia tiene una entropía finita y positiva; pero al cero absoluto de temperatura, la entropía puede llegar a ser cero, y lo hace convertirse en el caso de las sustancias cristalinas perfectas.

Esta versión estados no sólo Δ S llegará a cero en 0 grados Kelvin, pero sí S también llegarán a cero siempre que el cristal tiene un estado de tierra con una sola configuración. Algunos cristales forman defectos que provoca una entropía residual. Esta entropía residual desaparece cuando se superan las barreras cinéticas a la transición a un estado fundamental.

Con el desarrollo de la mecánica estadística , la tercera ley de la termodinámica (como las otras leyes) cambió de una ley fundamental (justificado por los experimentos) a un derecho derivado (derivado de incluso las leyes más básicas). La ley básica de la que se deriva principalmente es la definición estadística-mecánica de entropía para un sistema grande:

donde S es la entropía, k _B es la Constante de Boltzmann, y es el número de microestados coherente con la configuración macroscópica.

Visión de conjunto

En términos simples, la tercera ley establece que la entropía de un cristal perfecto aproxima a cero cuando la temperatura absoluta se aproxima a cero. Esta ley establece un punto de referencia absoluto para la determinación de la entropía. La entropía determina en relación a este punto es la entropía absoluta.

La entropía de una red cristalina perfecta tal como se define por el teorema de Nernst es cero (siempre que su estado fundamental es único, con lo que ln (1) k = 0).

Un ejemplo de un sistema que no tenga un estado fundamental único es uno que contiene un medio entero giros, para lo cual simetría de inversión temporal da dos estados fundamentales degenerados (una entropía de ln (2) k, que es insignificante en una escala macroscópica). Algunos exhiben sistemas cristalinos Frustración, donde la estructura de la red cristalina previene la aparición de un estado fundamental único. Helio en estado fundamental (a menos que bajo la presión) permanece en estado líquido.

Además, las gafas y soluciones sólidas conservan gran entropía en 0K, porque son grandes colecciones de estados casi degenerados, en el que quedan atrapados fuera de equilibrio. Otro ejemplo de un sólido con muchos estados fundamentales de casi degenerados, atrapados fuera de equilibrio, es hielo Ih, que tiene "Trastorno de protones".

Por la tercera ley de aplicar estrictamente, los momentos magnéticos de un cristal perfectamente ordenada mismos deben ser perfectamente ordenada; de hecho, desde una perspectiva entrópica, esto puede ser considerado como parte de la definición de "cristal perfecto". Sólo ferromagnético, antiferromagnético, y materiales diamagnéticos pueden satisfacer esta condición. Materiales que permanecen paramagnético en 0K, por el contrario, pueden tener muchos estados fundamentales de casi degenerados (por ejemplo, en una vidrio de espín), o puede retener trastorno dinámico (un líquido de hilatura ).