Cos'è terzo principio della termodinamica?

Terzo Principio della Termodinamica

Il terzo principio della termodinamica, a volte chiamato anche teorema di Nernst o postulato di Nernst, stabilisce il comportamento dell'entropia di un sistema quando la sua temperatura si avvicina allo zero assoluto. In sintesi, afferma che:

• L'entropia di un sistema che si avvicina allo zero assoluto si avvicina a un valore minimo o nullo. Questo significa che al diminuire della temperatura, il disordine microscopico del sistema diminuisce.

Più formalmente, il terzo principio può essere formulato in diversi modi, tutti equivalenti:

1. Non è possibile raggiungere lo zero assoluto tramite un numero finito di processi. Questo è un'implicazione importante: anche applicando un numero infinito di processi di raffreddamento, raggiungere esattamente lo zero assoluto è impossibile.
2. L'entropia di un cristallo perfetto allo zero assoluto è zero. Questo è vero per i cristalli perfetti in quanto hanno una sola configurazione possibile a quella temperatura, quindi la loro entropia (proporzionale al logaritmo del numero di microstati) è zero.

Implicazioni e Conseguenze:

• Calcolo dell'Entropia Assoluta: Il terzo principio fornisce un punto di riferimento per il calcolo dell'entropia assoluta di una sostanza a una data temperatura. Misurando la capacità termica della sostanza a diverse temperature e integrando, si può determinare l'entropia assoluta a una temperatura specifica.

• Comportamento delle Capacità Termiche: Il terzo principio impone che le capacità termiche di tutte le sostanze tendano a zero quando la temperatura si avvicina allo zero assoluto. Questo implica che è sempre più difficile aggiungere energia a un sistema man mano che la sua temperatura diminuisce.

• Reazioni Chimiche: Il terzo principio aiuta a prevedere la spontaneità delle reazioni chimiche a basse temperature.

Formulazioni alternative (non strettamente equivalenti, ma correlate):

Sebbene il terzo principio si riferisca primariamente al comportamento dell'entropia, diverse formulazioni alternative enfatizzano l'impossibilità di raggiungere lo zero assoluto o le sue conseguenze sulle proprietà dei materiali.

Concetti chiave:

• Entropia: Una misura del disordine o della casualità in un sistema.
• Zero Assoluto: La temperatura più bassa possibile (0 Kelvin o -273.15 °C).
• Capacità Termica: La quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura di un corpo di un grado.
• Cristallo Perfetto: Un cristallo senza difetti o impurità.