Vad är termodynamikens tredje lag?

Termodynamikens tredje lag säger att när temperaturen i ett system närmar sig den absoluta nollpunkten blir entropin konstant, eller förändringen i entropin är noll. Termodynamikens tredje lag förutsäger ett systems egenskaper och entropins beteende i en unik miljö som kallas absolut temperatur.

Entropen hos ett avgränsat eller isolerat system blir konstant när dess temperatur närmar sig den absoluta temperaturen (den absoluta nollpunkten).

Thermodynamik är en av de viktigaste och mest studerade grenarna inom fysikalisk vetenskap. Förutom att den plågar maskinteknikstudenter under större delen av deras akademiska liv, är den allestädes närvarande från den kalla brisen från min luftkonditionering till en av industriålderns höjdpunkter – ångmaskinen. Dess genomförande styrs av tre lagar, som kallas termodynamikens lagar. Lagarna definierar hur arbete, värme och energi påverkar ett system. Ett system är varje område i universum som är ändligt avgränsat och genom vilket energi överförs. Allt utanför denna gräns är dess omgivning.

Vad är entropi?

Vid sidan av termodynamikens första lag som innebär att universum började med begränsad användbar energi, där ett system som tar emot energi delvis kommer att spendera den genom att utföra arbete och delvis spendera den genom att öka sin inre temperatur, utforskar den andra lagen konsekvenserna av detta. Detta inbegriper omvandlingen av denna ändliga användbara energi till oanvändbar energi, t.ex. bildandet av materia för miljarder år sedan på grund av kondensering av den energi som universum började med. I denna process omvandlas den ändliga användbara energin nu till oanvändbar energi.

Denna oanvändbara energi mäts med något som kallas ”entropi”, en barometer för att mäta slumpmässighet eller oordning i ett system.

Universum är som ett rum fyllt av kläder som ligger oorganiserat omkring. Entropin i detta system ökar när fler och fler kläder används och kastas, vilket kompletterar röran, såvida inte invånaren anstränger sig för att plocka upp dem och organisera dem, vilket minskar denna oordning.

Med tanke på universum som ett enda system finns det ingenting i dess omgivning att hämta energi från, så med all dess energi omvandlad till oanvändbar energi är allt som lämnas kvar en kall och mörk plats. Detta kallas värmedöd och är ett av de sätt på vilka universum kan upphöra. Ett avgränsat system som vårt universum besitter ändliga energikällor, till exempel dess lysande stjärnor, som kommer att brinna i eoner innan de kapitulerar inför naturens grymma lagar.

Vad är termodynamikens tredje lag?

Thermodynamikens tredje lag förutspår egenskaperna hos ett system och entropins beteende i en unik miljö som kallas absolut temperatur. Den absoluta temperaturen är den lägsta kända temperaturen och sätter en nedre gräns för universums temperaturområde.

Hur häftigt är inte det! Nej, allvarligt talat, hur kallt är det? Den absoluta temperaturen är 0 Kelvin, standardenheten för temperatur eller -273,15 grader Celsius! Absolut temperatur kallas också för absolut nollpunkt i vissa kretsar och länder. Den här skalan ger dig en uppfattning.

Den tredje lagen säger att när temperaturen i ett system närmar sig den absoluta nollpunkten blir entropin konstant, eller förändringen i entropin är noll.

Satsen representeras av denna ekvation, där T liknar temperaturen och delta S är förändringen i systemets entropi. Beteckningen ”tenderar mot noll” som representeras av en pil som pekar mot noll innebär att när temperaturen sjunker till ett oändligt litet värde uppnår systemet konstant entropi genom att dra energi från omgivningen, men som den första lagen föreskriver kommer en del av denna energi att lägga till systemets inre energi och därmed förneka ett konstant entropitillstånd.

Betydelsen av termodynamikens tredje lag

Den tredje lagen är sällan tillämplig i vårt dagliga liv och reglerar dynamiken hos objekt vid de lägsta kända temperaturerna. Den definierar vad som kallas en ”perfekt kristall”, vars atomer är limmade i sina positioner. Den perfekta kristallen besitter således absolut ingen entropi, vilket endast kan uppnås vid den absoluta temperaturen.

Begreppet entropi har också varit populärt i vissa teorier som definierar det kontinuerliga flödet av tid på ett objektivt sätt, till exempel den linjära ökningen av universums entropi.

Ideellt sett kommer entropiförändringarna för reaktioner som rör bildning av materia vid 0 Kelvin att vara noll, även om praktiskt taget all materia manifesterar en viss mängd entropi, på grund av närvaron av den minsta mängd värme. Det kallaste vi har uppmätt är 3 K, i universums avlägsna djup, bortom stjärnor och galaxer.

Med andra ord, njut av sommaren så länge den varar!

Vad är termodynamikens första lag?

Vad är termodynamikens andra lag?