Třetí termodynamický zákon

Třetí termodynamický zákon (též třetí hlavní věta termodynamická nebo třetí termodynamický princip) popisuje chování látek v blízkosti absolutní nulové teploty. Tato věta umožňuje určit absolutní hodnotu entropie, což má význam při určování hodnot volné energie, která má vliv na průběh chemických reakcí.

Tento zákon lze odvodit z prvních dvou termodynamických zákonů[1][2] nebo ze statistické fyziky a kvantové mechaniky.

Třetí termodynamický zákon je znám také jako Nernstův teorém.

Formulace zákona

Při zkoumání chování látek v blízkosti absolutní teplotní nuly se zjistilo, že se některé vlastnosti v blízkosti této teploty nemění při změně teploty, a že určité veličiny jsou při velmi nízkých teplotách prakticky nulové. Na základě chování stavových funkcí při nízkých teplotách a vzájemných souvislostí je možné odvodit třetí hlavní větu termodynamiky v matematické formulaci

Tento závěr se také vyjadřuje v tzv. Planckově formulaci.

Při absolutní nulové teplotě je entropie čisté látky pevného nebo kapalného skupenství rovna nule.

Nejsou-li však vlastnosti látek v blízkosti absolutní teplotní nuly závislé na teplotě, pak nelze vnějším působením jejich teplotu dále snižovat. Třetí termodynamickou větu lze tedy vyslovit také takto:

Čistou pevnou látku nelze konečným pochodem ochladit na absolutní nulu.

Ačkoli je tato věta formulována pro čistou pevnou či kapalnou látku, lze očekávat, že žádná látka se v blízkosti absolutní nulové teploty nenachází v plynném skupenství.

Při teplotě absolutní nuly klesá k nule i tepelná kapacita látek, přičemž závislost tepelné kapacity na teplotě není lineární.

Obecněji lze říci, že k dosažení absolutní nuly je třeba mít k dispozici nekonečně mnoho nějakého prostředku.[3]

Na závěr se hodí upozornit, že třetí věta termodynamická nemusí být splněna pro některé příliš jednoduché modely (např. ideální plyn – má logaritmickou závislost), což je vada především přílišného zjednodušení modelu (Van der Waalsův plyn již tímto problémem netrpí).

Reference

  1. MASANES, Lluís; OPPENHEIM, Jonathan. A general derivation and quantification of the third law of thermodynamics. S. 1–7. Nature Communications [online]. Macmillan Publishers Limited, 14. březen 2017. Svazek 8: 14538, s. 1–7. Dostupné online. ISSN 2041-1723. DOI 10.1038/ncomms14538. (anglicky) 
  2. MIHULKA, Stanislav. Konečně důkaz: Vědci potvrdili, že objekty nelze zmrazit na absolutní nulu. 100+1 zahraniční zajímavost [online]. 2017-03-27 [cit. 2023-04-26]. Dostupné online. 
  3. Vienna University of Technology. Absolute zero in the quantum computer: Formulation for the third law of thermodynamics. phys.org [online]. 2023-04-04 [cit. 2023-04-26]. Dostupné online. (anglicky) 

Související články