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Terceira lei da termodinâmica

Terceira lei da termodinâmica

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.

A terceira lei da termodinâmica afirma que zero absoluto não pode ser alcançado em um número finito de estágios. A terceira lei da termodinâmica também pode ser definida quando, ao atingir zero absoluto, 0 grau Kelvin, qualquer processo de um sistema físico é interrompido e, ao atingir o zero absoluto, a entropia atinge um valor mínimo e constante.

Este princípio afirma que a entropia de um sistema na temperatura zero absoluta é uma constante bem definida. Isso ocorre porque, na temperatura de zero absoluto, 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 na temperatura zero absoluta é zero. No entanto, esta observação não leva em conta que os cristais reais devem ser formados em temperaturas acima de zero. Consequentemente, eles terão defeitos que não serão eliminados quando resfriados a zero absoluto. Como não são cristais perfeitos, a informação necessária para descrever os defeitos existentes aumentará a entropia do cristal.

Teoremas e enunciados da terceira lei da termodinâmica

Nernst Terorema: Uma reação química entre as fases cristalinas puras que ocorre no zero absoluto não produz qualquer alteração na entropia.

Declaração de Nernst-Simon: A mudança de entropia que resulta de qualquer transformação isotérmica reversível de um sistema tende a zero quando a temperatura se aproxima de zero.

Declaração Nernst-Simon

Declaração de Planck: Para T → 0, a entropia de qualquer sistema em equilíbrio se aproxima de uma constante independente das outras variáveis ​​termodinâmicas.

Teorema da inacessibilidade zero absoluta: Não há processo capaz de reduzir a temperatura de um sistema a zero absoluto em um número finito de etapas.

4º Postulado de Callen: A entropia de qualquer sistema é cancelada no estado para o qual

4º postulado de Callen

História da terceira lei da termodinâmica

A terceira lei foi desenvolvida pelo químico Walther Nernst durante os anos de 1906-12, e é por isso que é frequentemente referida como o teorema de Nernst ou o postulado de Nernst. A terceira lei da termodinâmica afirma que a entropia de um sistema no zero absoluto é uma constante bem definida. Isso ocorre porque existe um sistema a temperatura zero em seu estado fundamental, de modo que sua entropia é determinada apenas pela degeneração do estado fundamental.

Em 1912, Nernst declarou a lei assim: "É impossível para um procedimento levar à isoterma T = 0 em um número finito de etapas".

Uma versão alternativa do terceiro princípio das leis da termodinâmica, conforme estabelecido por Gilbert N. Lewis e Merle Randall em 1923: "Se a entropia de cada elemento em algum estado cristalino (perfeito) é tomada como zero no zero absoluto de temperatura, cada substância tem uma entropia positiva finita; mas no zero absoluto da temperatura, a entropia pode se tornar zero, e é no caso das substâncias cristalinas perfeitas".

Esta versão indica que não somente ΔS chegará a zero a 0 grau Kelvin, mas que S também atingirá zero, desde que o cristal tenha um estado fundamental com uma única configuração. Alguns cristais formam defeitos que causam uma entropia residual. Essa entropia residual desaparece quando as barreiras cinéticas para a transição para um estado fundamental são superadas.

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Referências

Última revisão: 12 de abril de 2018