Menu

Thermodynamique.
Transformation de l'énergie

Énergie thermique I de combustion.
Effets de la thermodynamique

Entropie

Troisième loi de la thermodynamique

Troisième loi de la thermodynamique

La troisième loi de la thermodynamique stipule que  le zéro absolu ne peut être atteint en un nombre fini d'étages .

La troisième loi de la thermodynamique peut également être définie comme celle lorsque le zéro absolu est atteint, 0 degré Kelvin, tout processus dans un système physique s'arrête et que lorsque le zéro absolu est atteint, l'entropie atteint une valeur minimale constante.

La troisième loi de la thermodynamique, parfois appelée théorème de Nernst ou postulat de Nernst, concerne l'entropie et la température d'un système physique.

Ce principe stipule que  l' entropie d'un système à la température du zéro absolu est une constante bien définie . En effet, à la température zéro absolue, un système est dans un état de base et les augmentations d'entropie sont obtenues par dégénérescence à partir de cet état de base.

Le théorème de Nernst déclare que l'entropie d'un cristal parfait de tout élément à la température du zéro absolu est nulle. Cependant, cette observation ne tient pas compte du fait que de vrais cristaux se sont formés à des températures supérieures à zéro. Par conséquent, ils présenteront des défauts qui ne seront pas éliminés lorsqu'ils seront refroidis à zéro absolu. Comme ce ne sont pas des cristaux parfaits, les informations nécessaires pour décrire les défauts existants augmenteront l'entropie du cristal.

Théorèmes et énoncés de la troisième loi de la thermodynamique

Les théorèmes et déclarations les plus importants liés à la troisième loi de la thermodynamique sont:

  • Théorème de Nernst.
  • Déclaration de Nernst-Simon.
  • Déclaration de Planck.
  • Théorème absolu d'inaccessibilité zéro.
  • 4ème postulat de Callen.

Théorème de Nernst

Le théorème de Nernst est une conséquence du troisième principe de la thermodynamique:

Une réaction chimique entre phases cristallines pures qui se produit au zéro absolu ne produit aucun changement d'entropie. En d'autres termes: il est impossible pour tout processus, aussi idéalisé soit-il, de réduire l' entropie d'un système à sa valeur de zéro absolu en un nombre fini d'opérations.

La troisième loi de la thermodynamique nous permet de trouver la valeur absolue de l'entropie, ce qui ne peut être fait dans le cadre de la thermodynamique classique (basée sur les premier et deuxième principes de la thermodynamique).

Le théorème de la chaleur de Nernst a ensuite été utilisé par un physicien allemand Max Planck pour définir la troisième loi de la thermodynamique en termes d'entropie et de zéro absolu.

Déclaration de Nernst-Simon

Le changement d'entropie qui résulte de toute transformation isotherme réversible d'un système tend vers zéro lorsque la température approche de zéro.

Troisième loi de la thermodynamique

Déclaration de Planck

En 1911, Max Planck a formulé la troisième loi de la thermodynamique comme condition de la disparition de l'entropie de tous les corps alors que la température tend vers le zéro absolu.

La formulation de Planck correspond à la définition de l'entropie en physique statistique par probabilité thermodynamique.

Selon Plank, pour T → 0, l'entropie de tout système en équilibre s'approche d'une constante indépendante des autres variables thermodynamiques.

Théorème absolu d'inaccessibilité zéro

Le théorème d'inaccessibilité zéro absolu indique que:

"Il n'y a aucun processus capable de réduire la température d'un système à zéro absolu en un nombre fini d'étapes."

4ème postulat de Callen

Le quatrième postulat de Callen déclare que:

L'entropie de tout système est annulée dans l'état pour lequel:

Troisième loi de la thermodynamique

Quelles sont les conséquences du troisième principe de la thermodynamique?

La troisième loi implique les conséquences suivantes:

  1. Impossibilité d'atteindre des températures nulles absolues
  2. Le comportement des coefficients thermodynamiques

Impossibilité d'atteindre des températures nulles absolues

Il résulte de la troisième loi de la thermodynamique qu'une température nulle absolue ne peut être atteinte dans aucun processus final associé à un changement d'entropie. Il ne peut être traité que de manière asymptotique.

Par conséquent, la troisième loi de la thermodynamique est parfois formulée comme le principe de l'impossibilité d'atteindre une température nulle absolue.

Le comportement des coefficients thermodynamiques

Une série de conséquences thermodynamiques dérivent de la troisième loi de la thermodynamique: lorsque T -> 0, elle doit également tendre à zéro:

  1. la capacité calorifique à pression constante et à volume constant
  2. coefficients de dilatation thermique et quelques valeurs similaires.

La validité de la troisième loi de la thermodynamique a été remise en question à un moment donné, mais il a été découvert plus tard que toutes les contradictions apparentes (la valeur non nulle de l'entropie dans une série de substances à T = 0) sont associées à des états métastables de matière qui ne peut être considérée thermodynamiquement comme équilibre.

Références

Auteur :

Date de publication : 17 août 2016
Dernier examen : 8 avril 2020