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Third Law of Thermodynamics

1910
  • Walther Nernst
  • Max Planck
極低温学における熱力学第三法則を実証する実験室の様子。

(画像はイメージです)

第三法則は、完全結晶のエントロピーは、温度が絶対零度([latex]0[/latex]ケルビン)に近づくにつれて一定の最小値に収束するというものである。この最小値はゼロと定義される。重要な結果として、絶対零度は有限のステップ数では到達できない。この法則は、物質の絶対エントロピーを決定するための基本的な基準点を提供する。

第三法則は、ヴァルター・ネルンストの低温での化学反応に関する研究から生まれたもので、次のように定式化されました。 ネルンスト 1906年に熱定理を発表。化学反応のエントロピー変化は、温度が絶対零度に近づくにつれてゼロに近づくことを観察した。マックス プランク 後にこの考えは拡張され、個々の完全な結晶性物質のエントロピーは絶対零度ではゼロであるとされた。これにより、エントロピーの尺度は相対的なものではなく、絶対的なものとなる。

この法則の斬新さは、熱力学と物質の量子力学的性質との関連性にある。絶対零度では、系は基底状態にあり、完全結晶の場合、これは一意の非縮退状態であり、エントロピーがゼロ([latex]S = k_B ln(1) = 0[/latex])となる。しかし、ガラスのような非晶質材料は、その無秩序な構造のため、絶対零度でも残留エントロピーを持つ。この法則はまた、[latex]T rightarrow 0[/latex] のとき、比熱([latex]C_p[/latex]、[latex]C_v[/latex])と熱膨張係数もゼロに近づくことを示唆している。到達不可能性の原理は、冷却過程の各段階で除去されるエントロピーの量がますます小さくなり、エントロピーがゼロになるには無限のステップが必要になることから生じる。

UNESCO Nomenclature: 2212
熱力学、統計物理学、凝縮系物理学

タイプ

抽象システム

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 定式化 第二法則 そしてエントロピーの概念
  • ガス(酸素、窒素、水素)の液化と低温化における実験的進歩
  • ルートヴィヒ・ボルツマンとJ・ウィラード・ギブスによる統計力学の発展
  • マックス・プランクの黒体放射に関する研究から量子論が出現した。

アプリケーション

  • cryogenics and low-temperature physics
  • 化学親和性と反応平衡定数の計算
  • 結晶構造、欠陥、残留エントロピーを理解するための材料科学
  • research into superconductivity and superfluidity, phenomena that occur near absolute zero
  • 化学物質の絶対エントロピー値の決定

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • development of novel amorphous metals with unique low-temperature properties for space applications
  • quantum computing architectures that operate near absolute zero to minimize thermal decoherence
  • ultra-sensitive bolometers for astronomy based on near-zero entropy principles
  • materials for long-term, zero-energy data storage in a perfect crystalline ground state
  • advanced cryogenic preservation techniques for biological tissues that minimize ice crystal formation
  • superconducting magnetic energy storage (中小企業) systems with near-zero resistance and energy loss
  • Bose-Einstein condensate manipulation for creating new states of matter for interferometry
  • thermometers capable of measuring temperatures in the microkelvin range for fundamental physics research
  • cryogenic chemical synthesis for creating and stabilizing highly reactive molecules
  • simulations of early-universe physics at extremely low energy states based on third-law principles
関連:第三法則、絶対零度、エントロピー、完全結晶、ネルンストの熱定理、到達不可能性原理、極低温学、基底状態、量子力学、零点エネルギー。

歴史的背景

Third Law of Thermodynamics

1902
1907
1909
1910
1911-04-08
1913
1915
1902
1904
1907
1909
1910
1912
1915
1915-11

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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