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Il terzo principio della termodinamica, detto anche teorema di Nernst, è un teorema della termodinamica.
Nato e formulato inizialmente come principio, può essere dimostrato a partire da altri principi, e in particolare dal secondo.[1][2]
Come il secondo principio, a cui è strettamente legato, questo stabilisce l'impossibilità di realizzare una certa classe di fenomeni. Esistono varie formulazioni, una moderna è la seguente:
«L'entropia di un cristallo perfetto allo zero assoluto è esattamente eguale a 0.»
Allo zero assoluto (zero kelvin), il sistema deve essere in uno stato con la minima energia possibile e l'affermazione di sopra della terza legge, afferma che un cristallo perfetto a tale temperatura minima ha solo un microstato possibile. L'entropia è infatti, da una punto di vista statistico, proporzionale al logaritmo del numero di microstati accessibili, e per un sistema consistente di molte particelle, la meccanica quantistica indica che vi è un solo unico stato chiamato stato fondamentale con la minima energia[3]. Se il sistema non ha un ben preciso ordine (ad esempio se è un solido amorfo), allora in pratica rimane una entropia finita anche allo zero assoluto, ma il sistema a bassa temperatura rimane bloccato in una delle tante configurazioni che hanno minima energia. Il valore costante residuale è detto entropia residua del sistema[4].
La formulazione di questo principio secondo Nernst-Simon si preoccupa di processi termodinamici a bassa temperatura costante:
«Il cambiamento di entropia di un sistema condensato, associato ad ogni trasformazione di fase reversibile isoterma, va a zero quando la temperatura a cui avviene il processo va a 0 K.»
In questo caso si intende per sistema condensato un liquido o un solido.
La formulazione classica di Nernst (attualmente è considerata più una conseguenza del terzo principio della termodinamica piuttosto che la legge stessa) afferma:
«Non è possibile per qualsiasi processo, anche se idealizzato, ridurre l'entropia di un sistema al suo valore allo zero assoluto tramite un numero finito di operazioni (ovvero di trasformazioni termodinamiche).»
- ^ Cooling to absolute zero mathematically outlawed after a century, su newscientist.com.
- ^ A general derivation and quantification of the third law of thermodynamics, su nature.com.
- ^ J. Wilks The Third Law of Thermodynamics Oxford University Press (1961)
- ^ Kittel and Kroemer, Thermal Physics (2nd ed.), p. 49.