Co je třetí termodynamický zákon?

Třetí termodynamický zákon říká, že když se teplota systému blíží absolutní nule, jeho entropie se stává konstantní neboli změna entropie je nulová. Třetí termodynamický zákon předpovídá vlastnosti systému a chování entropie v jedinečném prostředí známém jako absolutní teplota.

Intropie ohraničeného nebo izolovaného systému se stává konstantní, když se jeho teplota blíží absolutní teplotě (absolutní nule).

Termodynamika je jedním z nejdůležitějších a nejrozsáhleji studovaných odvětví fyzikálních věd. Kromě toho, že trápí studenty strojního inženýrství po většinu jejich akademického života, je její všudypřítomnost vidět od studeného vánku mé klimatizace až po jeden z vrcholů průmyslového věku – parní stroj. Její provádění se řídí třemi zákony, které jsou známé jako termodynamické zákony. Tyto zákony definují, jak práce, teplo a energie ovlivňují systém. Systém je jakákoli oblast ve vesmíru, která je konečně ohraničená a přes kterou se přenáší energie. Vše mimo tuto hranici je její okolí.

Co je to entropie?“

Zatímco první zákon termodynamiky předpokládá, že vesmír začal s konečnou využitelnou energií, kdy systém čerpající energii ji zčásti vynaloží na vykonání práce a zčásti ji vynaloží zvýšením své vnitřní teploty, druhý zákon zkoumá jeho důsledky. Ten zahrnuje přeměnu této konečné využitelné energie na energii nevyužitelnou; například vznik hmoty, k němuž došlo před miliardami let v důsledku kondenzace energie, s níž vesmír začínal. V tomto procesu se nyní konečná využitelná energie přeměňuje na energii nevyužitelnou.

Tato nevyužitelná energie se měří něčím, co se nazývá „entropie“, barometr pro měření náhodnosti nebo neuspořádanosti v systému.

Vesmír je jako místnost plná oblečení, které se neuspořádaně povaluje. Entropie tohoto systému se zvyšuje s tím, jak se používá a odhazuje stále více oblečení, které doplňuje nepořádek, pokud se jeho obyvatel nesnaží je posbírat a uspořádat, což tento nepořádek snižuje.

Považujeme-li vesmír za jeden systém, není v jeho okolí nic, z čeho by se dala čerpat energie, takže když se veškerá jeho energie přemění na nevyužitelnou, zůstane po něm jen chladné a temné místo. Tomu se říká tepelná smrt a je to jeden ze způsobů, jak může vesmír skončit. Ohraničený systém, jako je náš vesmír, disponuje konečnými zdroji energie, jako jsou jeho jasné hvězdy, které budou hořet po celé aeony, než podlehnou krutým přírodním zákonům.

Co je to třetí termodynamický zákon?

Třetí termodynamický zákon předpovídá vlastnosti systému a chování entropie v jedinečném prostředí známém jako absolutní teplota. Absolutní teplota je nejnižší známá teplota a určuje spodní hranici rozsahu teplot ve vesmíru.

Jak je to skvělé! Ne, vážně, jak chladné to je? Absolutní teplota je 0 Kelvinů, standardní jednotka teploty neboli -273,15 stupňů Celsia! Absolutní teplota se v některých kruzích a zemích označuje také jako absolutní nula. Představu vám udělá tato stupnice:

Třetí zákon říká, že když se teplota systému blíží absolutní nule, jeho entropie se stává konstantní neboli změna entropie je nulová.

Tvrzení představuje tato rovnice, kde T připomíná teplotu a delta S je změna entropie systému. Označení „směřuje k nule“ znázorněné šipkou směřující k nule znamená, že při poklesu teploty na nekonečně malou hodnotu systém dosáhne konstantní entropie tím, že čerpá energii ze svého okolí, ale jak ukládá první zákon, část této energie se přidá k vnitřní energii systému, čímž se popře stav konstantní entropie.

Důležitost třetího termodynamického zákona

Třetí zákon je pro náš každodenní život použitelný jen zřídka a řídí dynamiku objektů při nejnižších známých teplotách. Definuje takzvaný „dokonalý krystal“, jehož atomy jsou slepeny ve svých polohách. Dokonalý krystal tedy nemá absolutně žádnou entropii, které lze dosáhnout pouze při absolutní teplotě.

Pojmem entropie se s oblibou zabývají také některé teorie definující objektivně nepřetržitý tok času, například lineární nárůst entropie vesmíru.

V podstatě při teplotě 0 Kelvinů budou změny entropie u reakcí týkajících se vzniku hmoty nulové, ačkoli prakticky veškerá hmota projevuje určité množství entropie díky přítomnosti nepatrného množství tepla. Nejnižší teplota, kterou jsme naměřili, je 3 K ve vzdálených hlubinách vesmíru, mimo hvězdy a galaxie.

Jinými slovy, užívejte si léta, dokud trvá!

Co je první termodynamický zákon?

Co je druhý termodynamický zákon?

Jaký je druhý termodynamický zákon?