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Third Law of Thermodynamics

1910
  • Walther Nernst
  • Max Planck
Laboratory scene demonstrating the Third Law of Thermodynamics in cryogenics.

(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。

The Third Law originated from Walther Nernst’s work on chemical reactions at low temperatures, formulated as the Nernst Heat Theorem in 1906. He observed that the change in entropy for chemical reactions approaches zero as the temperature approaches absolute zero. Max Planck later extended this to state that the entropy of each individual perfect crystalline substance is itself zero at absolute zero. This provides an absolute, rather than relative, scale for entropy.

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

  • formulation of the Second Law and the concept of entropy
  • 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

  • 極低温学および低温物理学
  • 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
  • 絶対零度付近で発生する超伝導と超流動現象の研究
  • 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

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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。)

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