Третье начало термодинамики: еще один камень в сторону вечного двигателя

Завершаем краткий курс основ объяснением третьего начала.

Что такое абсолютный нуль?

Так в научной литературе называется нижний предел температуры, которую может иметь физическое тело в нашей Вселенной. Эта отметка — начало шкалы Кельвина, которая при переводе в градусы Цельсия эквивалентна -273,15˚.

Законы классической термодинамики не оставляют шансов достичь абсолютного нуля даже в лабораторных условиях, так как энергия теплового движения молекул и атомов любого вещества при такой низкой температуре также становится равной нулю. Это значит, что частицы прекращают свое хаотическое движение, образуют упорядоченную структуру и занимают конкретное положение в узлах кристаллической решетки.

Ученые продолжают испытывать возможности человеческой цивилизации и пытаться подобраться в лабораторных условиях к нижнему порогу как можно ближе. На данный момент рекордом является отметка 2·10–9 K (двухмиллиардная часть градуса) выше абсолютного нуля, т.е. меньше, чем -273,14˚С. В то же время самым холодным местом во Вселенной считается туманность Бумеранг, где была зафиксирована температура в -272˚С.

Третье начало термодинамики

Как и второе, третье начало было сформулировано только после ряда экспериментов. Этот фундаментальный закон был введен Вальтером Нернстом в 1906 году, однако современное научное сообщество придерживается варианта, предложенного Максом Планком:

Энтропия правильно образованного кристалла при абсолютном нуле равна нулю

О том, что такое энтропия, мы подробно рассказали в прошлой статье, когда объясняли второе начало термодинамики. Если кратко, то это функция состояния термодинамической системы, которая характеризует количество неизбежно рассеиваемой энергии.

Некоторое время ученые подвергали сомнению справедливость третьего начала, однако позднее противоречия, которые оно вызывало в расчетах свойств некоторых веществ при абсолютном нуле, получили другое объяснение. Например, предположение об особых состояниях вещества, которые нельзя относить к термодинамически равновесным.

Сейчас третье начало принято всеми учеными и является одним из основных физических постулатов. А главный вывод, который мы можем сделать благодаря знанию этого закона: охладить тело до отметки в -273,15˚С невозможно. Если это случилось, проверьте термометр (шутка).

Мы завершаем наш цикл и надеемся, что статьи оказались полезными и нужными. Однако если времени на дальнейший разбор физической теории нет, а задачи сами собой не решаются — обращайтесь в FenixHelp. Здесь всегда помогут с выполнением и оформлением любой учебной работы.