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Terceira lei da termodinâmica

Terceira lei da termodinâmica

A terceira lei da termodinâmica afirma que  o zero absoluto não pode ser alcançado em um número finito de estágios .

A terceira lei da termodinâmica também pode ser definida como aquela ao atingir o zero absoluto, 0 graus Kelvin, qualquer processo em um sistema físico para e que, ao atingir o zero absoluto, a entropia atinge um valor mínimo constante.

A terceira lei da termodinâmica, às vezes chamada de teorema de Nernst ou Postulado de Nernst, relaciona a entropia e a temperatura de um sistema físico.

Este princípio afirma que  a entropia de um sistema na temperatura do zero absoluto é uma constante bem definida . Isso ocorre porque, na temperatura zero absoluta, um sistema está em um estado básico e os aumentos de entropia são alcançados pela degeneração desse estado básico.

O teorema de Nernst afirma que a entropia de um cristal perfeito de qualquer elemento à temperatura do zero absoluto é zero. No entanto, essa observação não leva em consideração que cristais reais foram formados em temperaturas acima de zero. Consequentemente, eles terão defeitos que não serão eliminados quando resfriados para zero absoluto. Como não são cristais perfeitos, as informações necessárias para descrever os defeitos existentes aumentarão a entropia do cristal.

Teoremas e afirmações da terceira lei da termodinâmica

Os teoremas e afirmações mais importantes relacionados à terceira lei da termodinâmica são:

  • Teorema de Nernst.
  • Declaração de Nernst-Simon.
  • Declaração de Planck.
  • Teorema Absoluto de Inacessibilidade Zero.
  • Postulado de Callen.

Teorema de Nernst

O teorema de Nernst é uma consequência do terceiro princípio da termodinâmica:

Uma reação química entre fases puras cristalinas que ocorre no zero absoluto não produz qualquer alteração na entropia. Em outras palavras, é impossível para qualquer processo, não importa quão idealizado seja, reduzir a entropia de um sistema ao seu valor de zero absoluto em um número finito de operações.

A terceira lei da termodinâmica nos permite encontrar o valor absoluto da entropia, o que não pode ser feito no quadro da termodinâmica clássica (com base nos primeiro e segundo princípios da termodinâmica).

O teorema do calor de Nernst foi mais tarde usado pelo físico alemão Max Planck para definir a terceira lei da termodinâmica em termos de entropia e zero absoluto.

Declaração de Nernst-Simon

A mudança na entropia que resulta de qualquer transformação isotérmica reversível de um sistema tende a zero quando a temperatura se aproxima de zero.

Terceira lei da termodinâmica

Declaração de Planck

Em 1911, Max Planck formulou a terceira lei da termodinâmica como condição para o desaparecimento da entropia de todos os corpos, pois a temperatura tende ao zero absoluto.

A formulação de Planck corresponde à definição de entropia na física estatística através da probabilidade termodinâmica.

De acordo com Plank, para T → 0, a entropia de qualquer sistema em equilíbrio se aproxima de uma constante que é independente das outras variáveis ​​termodinâmicas.

Teorema de Inacessibilidade Zero Absoluta

O teorema da inacessibilidade zero absoluta indica que:

"Não há processo capaz de reduzir a temperatura de um sistema para zero absoluto em um número finito de etapas".

4º Postulado de Callen

O quarto postulado de Callen afirma que:

A entropia de qualquer sistema é anulada no estado para o qual:

Terceira lei da termodinâmica

Quais são as consequências do terceiro princípio da termodinâmica?

A terceira lei implica as seguintes conseqüências:

  1. Impossibilidade de atingir temperaturas zero absolutas
  2. O comportamento dos coeficientes termodinâmicos

Impossibilidade de atingir temperaturas zero absolutas

Da terceira lei da termodinâmica, resulta que uma temperatura zero absoluta não pode ser alcançada em nenhum processo final associado a uma alteração na entropia. Só pode ser abordado assintoticamente.

Portanto, a terceira lei da termodinâmica às vezes é formulada como o princípio da impossibilidade de atingir uma temperatura zero absoluta.

O comportamento dos coeficientes termodinâmicos

Uma série de consequências termodinâmicas é derivada da terceira lei da termodinâmica: quando T -> 0, também deve tender a zero:

  1. a capacidade de calor a pressão constante e a um volume constante
  2. coeficientes de expansão térmica e alguns valores semelhantes.

A validade da terceira lei da termodinâmica foi questionada em um ponto, mas mais tarde foi descoberto que todas as aparentes contradições (o valor diferente de zero da entropia em uma série de substâncias em T = 0) estão associadas a estados metaestáveis ​​de matéria que não pode ser considerada equilíbrio termodinamicamente.

Referências

Autor:

Data de publicação: 17 de agosto de 2016
Última revisão: 8 de abril de 2020