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Terceira Lei da Termodinâmica

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

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

A Terceira Lei da Termodinâmica afirma que a entropia de um cristal perfeito tende a um mínimo constante à medida que sua temperatura se aproxima do zero absoluto (0 Kelvin). Esse valor mínimo é definido como zero. Uma consequência fundamental é a inatingibilidade do zero absoluto em um número finito de etapas. Essa lei fornece um ponto de referência essencial para determinar a entropia absoluta de uma substância.

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.

A novidade da lei reside na sua conexão entre a termodinâmica e a natureza quântica da matéria. No zero absoluto, um sistema encontra-se no seu estado fundamental, que para um cristal perfeito é um estado único e não degenerado, correspondente à entropia zero (S = k_B ln(1) = 0). Materiais amorfos como o vidro, contudo, possuem entropia residual no zero absoluto devido à sua estrutura desordenada. A lei também implica que, à medida que T → 0, os calores específicos (C_p, C_v) e o coeficiente de expansão térmica também se aproximam de zero. O princípio da inatingibilidade surge porque cada etapa num processo de arrefecimento remove uma quantidade cada vez menor de entropia, exigindo um número infinito de etapas para atingir a entropia zero.

UNESCO Nomenclature: 2212
Termodinâmica, física estatística e matéria condensada

Tipo

Sistema abstrato

Interrupção

Substancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • formulation of the Second Law and the concept of entropy
  • avanços experimentais na liquefação de gases (oxigênio, nitrogênio, hidrogênio) e no alcance de baixas temperaturas
  • Desenvolvimento da mecânica estatística por Ludwig Boltzmann e J. Willard Gibbs
  • o surgimento da teoria quântica a partir do trabalho de Max Planck sobre a radiação de corpo negro

Aplicações

  • criogenia e física de baixas temperaturas
  • cálculo de afinidades químicas e constantes de equilíbrio de reação
  • Ciência dos materiais para a compreensão de estruturas cristalinas, defeitos e entropia residual.
  • pesquisa sobre supercondutividade e superfluidez, fenômenos que ocorrem perto do zero absoluto
  • Determinação dos valores absolutos de entropia para substâncias químicas

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: terceira lei da termodinâmica, zero absoluto, entropia, cristal perfeito, teorema do calor de Nernst, princípio da inatingibilidade, criogenia, estado fundamental, mecânica quântica, energia do ponto zero.

Contexto histórico

Terceira Lei da Termodinâmica

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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