热力学第三定律(什么是热力学第三定律?)
热力学第三定律是指当一个系统的温度趋于绝对零度时 , 其熵趋于定值或保持不变 。(这个定值为零)该定律预测了处于绝对零度时系统的性质和熵的变化规律 。
当一个独立的系统的温度趋向于绝对零度时 , 其熵趋于定值 。

文章插图
瓦尔特·能斯特的肖像
热力学是物理学中被广泛研究的一个重要分支 。不同于令人头大的机械工程 , 热力学在生活中的应用是非常广泛的 , 小到空调制冷 , 大到工业革命的标志-蒸汽机 , 其工作机制均受热力学三大定律支配 。热力学定律规定了做功、热量和能量是如何影响一个系统的 。该系统是指宇宙中任何一个能发生能量转移的有界限的区域 , 该区域外的所有事物均是其周围环境 。
系统的边界_热力学中所指的系统的插图 。
(Photo Credit : Wavesmikey / Wikipedia Commons)
什么是熵?
热力学第一定律暗示宇宙诞生时具有有限的可用的能量 , 处于其中的系统吸收能量后 , 会将一部分能量用于做功 , 另一部分能量用于增加系统内能 , 热力学第二定律详细探讨了这一过程 。这一过程包括将有限的可用的能量转化为不可用的能量;例如:百亿年前随着宇宙逐渐冷却 , 物质逐渐产生的过程 。在该过程中 , 一部分有限的可用的能量转化成了不可用的能量 。
这一部分不可用的能量被一个称为“熵”的物理量来衡量 , 该参量反映了一个系统的随机程度或无序程度 。
图解:熵无序增加的证据 。
将宇宙看成一个杂乱无章地堆满衣服的房间 , 随着被穿过和废弃的衣服越来越多 , 房间越来越混乱 , 这一过程中系统的熵也逐渐增加 。除非房间的主人做出努力 , 将衣服叠好并摆放整齐 。房间主人的动作使系统的无序程度降低 。
图解:熔冰——增熵的经典例子 , 1862年被鲁道夫·克劳修斯描写为冰块中分子分散性的増加 。
考虑到宇宙是一个不能从“外部”获取能量的系统 , 随着初始能量转化成不可用的能量 , 它最终将变成一片漆黑、冰冷之地 。这被称为“热寂” , “热寂”可能成为宇宙演化的终结 。任何一个像宇宙这样的拥有有限能量的有界系统 , 例如闪耀的恒星 , 在燃烧数十亿年后终将走向灭亡 。
热力学第三定律
热力学第三定律预测了处于绝对零度时系统的性质和熵的变化规律 。绝对零度是已知的最低温度 , 是宇宙温度的下限 。
绝对零度有多冷?绝对零度是指了0 K , 即-273.15℃!在一些国家或地区 , 绝对温度也被称为绝对零度 。这一温标将会让你有一个更清晰的概念 。
热力学第三定律是指当一个系统的温度趋于绝对零度时 , 其熵趋于定值或保持不变 。
该定律可以用一个方程式表示limt=0
D , 其中T表示温度 ,
表示系统中熵的变化量 , “limt=0” 表示趋向于0 , 即通过从周围环境获取能量使温度降低到一个无穷小的值 , 但根据热力学第一定律 , 这一过程中将有一部分能量转化为系统的内能 , 从而使系统的熵无法保持恒定 。
热力学第三定律的重要性
物体不能通过有限步骤 , 达到绝对零度 , 所以绝对零度在实际生活中似乎无法达到 。它定义了一种“完美晶体” , 组成完美晶体的原子都保持在固定位置 , 从而使其熵为零 。这是一种只有在绝对零度才能达到的状态 。
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