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Thermodynamik.
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I Verbrennung thermische Energie.
Auswirkungen der Thermodynamik

Entropy

Dritter Hauptsatz der Thermodynamik

Dritter Hauptsatz der Thermodynamik

Der dritte Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass der  absolute Nullpunkt nicht in einer endlichen Anzahl von Stufen erreicht werden kann .

Der dritte Hauptsatz der Thermodynamik kann auch so definiert werden, dass bei Erreichen des absoluten Nullpunkts, 0 Grad Kelvin, jeder Prozess in einem physikalischen System stoppt und dass beim Erreichen des absoluten Nullpunkts die Entropie einen konstanten Minimalwert erreicht.

Der dritte Hauptsatz der Thermodynamik, manchmal Nernsts Theorem oder Nernsts Postulat genannt, bezieht sich auf die Entropie und Temperatur eines physikalischen Systems.

Dieses Prinzip besagt, dass  die Entropie eines Systems bei der Temperatur des absoluten Nullpunkts eine genau definierte Konstante ist . Dies liegt daran, dass sich ein System bei der absoluten Nulltemperatur in einem Grundzustand befindet und die Entropieerhöhungen durch Degeneration aus diesem Grundzustand erreicht werden.

Der Satz von Nernst besagt, dass die Entropie eines perfekten Kristalls eines Elements bei der Temperatur des absoluten Nullpunkts Null ist. Diese Beobachtung berücksichtigt jedoch nicht, dass sich bei Temperaturen über Null echte Kristalle gebildet haben. Folglich weisen sie Defekte auf, die beim Abkühlen auf den absoluten Nullpunkt nicht beseitigt werden. Da es sich nicht um perfekte Kristalle handelt, erhöhen die zur Beschreibung der vorhandenen Defekte erforderlichen Informationen die Entropie des Kristalls.

Sätze und Aussagen des dritten Hauptsatzes der Thermodynamik

Die wichtigsten Sätze und Aussagen zum dritten Hauptsatz der Thermodynamik sind:

  • Satz von Nernst.
  • Nernst-Simon Aussage.
  • Planck-Anweisung.
  • Absoluter Null-Unzugänglichkeitssatz.
  • Callens 4. Postulat.

Satz von Nernst

Der Satz von Nernst ist eine Folge des dritten Prinzips der Thermodynamik:

Eine chemische Reaktion zwischen kristallinen reinen Phasen, die beim absoluten Nullpunkt auftritt , führt zu keiner Änderung der Entropie. Mit anderen Worten, es ist für jeden Prozess, egal wie idealisiert er ist, unmöglich, die Entropie eines Systems in einer endlichen Anzahl von Operationen auf den Wert des absoluten Nullpunkts zu reduzieren.

Der dritte Hauptsatz der Thermodynamik erlaubt es uns, den absoluten Wert der Entropie zu finden, was im Rahmen der klassischen Thermodynamik (basierend auf dem ersten und zweiten Prinzip der Thermodynamik) nicht möglich ist.

Nernsts Wärmesatz wurde später von einem deutschen Physiker, Max Planck, verwendet, um den dritten Hauptsatz der Thermodynamik in Bezug auf Entropie und absoluten Nullpunkt zu definieren.

Nernst-Simon-Erklärung

Die Entropieänderung, die sich aus einer reversiblen isothermen Transformation eines Systems ergibt, tendiert gegen Null, wenn sich die Temperatur Null nähert.

Dritter Hauptsatz der Thermodynamik

Planck-Anweisung

Max Planck formulierte 1911 den dritten Hauptsatz der Thermodynamik als Bedingung für das Verschwinden der Entropie aller Körper, wenn die Temperatur gegen Null geht.

Die Plancksche Formulierung entspricht der Definition der Entropie in der statistischen Physik durch thermodynamische Wahrscheinlichkeit.

Nach Plank nähert sich für T → 0 die Entropie eines Systems im Gleichgewicht einer Konstante, die von den anderen thermodynamischen Variablen unabhängig ist.

Absoluter Null-Unzugänglichkeitssatz

Der absolute Null-Unzugänglichkeitssatz gibt an, dass:

"Es gibt keinen Prozess, der die Temperatur eines Systems in einer endlichen Anzahl von Schritten auf den absoluten Nullpunkt senken kann."

Callens 4. Postulat

Callens viertes Postulat besagt:

Die Entropie eines Systems wird in dem Zustand aufgehoben, für den:

Dritter Hauptsatz der Thermodynamik

Was sind die Konsequenzen des dritten Prinzips der Thermodynamik?

Das dritte Gesetz impliziert die folgenden Konsequenzen:

  1. Unmöglichkeit, absolute Nulltemperaturen zu erreichen
  2. Das Verhalten von thermodynamischen Koeffizienten

Unmöglichkeit, absolute Nulltemperaturen zu erreichen

Aus dem dritten Hauptsatz der Thermodynamik folgt, dass in keinem endgültigen Prozess, der mit einer Änderung der Entropie verbunden ist, eine absolute Nulltemperatur erreicht werden kann. Es kann nur asymptotisch angegangen werden.

Daher wird der dritte Hauptsatz der Thermodynamik manchmal als das Prinzip der Unmöglichkeit formuliert, eine absolute Nulltemperatur zu erreichen.

Das Verhalten von thermodynamischen Koeffizienten

Aus dem dritten Hauptsatz der Thermodynamik ergeben sich eine Reihe thermodynamischer Konsequenzen: Wenn T -> 0 ist, muss es auch gegen Null tendieren:

  1. die Wärmekapazität bei konstantem Druck und konstantem Volumen
  2. Wärmeausdehnungskoeffizienten und einige ähnliche Werte.

Die Gültigkeit des dritten Hauptsatzes der Thermodynamik wurde an einer Stelle in Frage gestellt, aber später wurde entdeckt, dass alle offensichtlichen Widersprüche (der Entropiewert ungleich Null in einer Reihe von Substanzen bei T = 0) mit metastabilen Zuständen von assoziiert sind Materie, die thermodynamisch nicht als Gleichgewicht angesehen werden kann.

Referenzen

Autor:

Erscheinungsdatum: 17. August 2016
Geändert am: 8. April 2020