熱力学の第三法則 系の温度が絶対零度に近づくと、そのエントロピーが一定になるか、エントロピーの変化がゼロになると述べています。熱力学の第 3 法則は、絶対温度として知られる固有の環境における系の特性とエントロピーの挙動を予測します。
有界または孤立系のエントロピーは、その温度が絶対温度 (絶対零度) に近づくにつれて一定になります。
熱力学は、物理科学の最も重要で広く研究されている分野の 1 つです。機械工学の学生を学業生活のほとんどで苦しめること以外に、その遍在性は私のエアコンの冷たい風から産業時代の頂点の 1 つである蒸気機関にまで見られます。その実装は、熱力学の法則として知られている 3 つの法則によって管理されます。法則は、仕事、熱、およびエネルギーがシステムにどのように影響するかを定義します。システムとは、エネルギーが伝達される有限に制限された宇宙内の任意の領域です。この境界の外にあるものはすべてその周囲です。
熱力学におけるシステムの図。 (写真提供:Wavesmikey / ウィキペディア・コモンズ)
エントロピーとは?
熱力学の第一法則は、宇宙が有限の使用可能なエネルギーで始まったことを暗示しています。エネルギーを引き出すシステムは、エネルギーを一部は仕事に費やし、一部は内部温度の上昇に費やしますが、第二法則はその意味を探っています。これには、この有限の使用可能なエネルギーを使用できないエネルギーに変換することが含まれます。たとえば、宇宙が始まったときのエネルギーの凝縮により、数十億年前に起こった物質の形成。このプロセスでは、有限の使用可能なエネルギーが使用できないエネルギーに変換されます。
この使用できないエネルギーは、システム内のランダム性または無秩序を測定するバロメーターである「エントロピー」と呼ばれるものによって測定されます。
無秩序の増加としてのエントロピーの図。
宇宙は、整理されていない方法で転がっている服で満たされた部屋のようなものです.このシステムのエントロピーは、より多くの衣服が使用されたり廃棄されたりするにつれて増加し、住民がそれらを拾い上げて整理する努力をしない限り、混乱を補います.
宇宙をひとつのシステムと考えると、その周囲にはエネルギーを引き出すものは何もないため、すべてのエネルギーが使用できないエネルギーに変換され、後に残るのは寒くて暗い場所だけです.これは熱死と呼ばれ、宇宙が終焉を迎える可能性がある方法の 1 つです。私たちの宇宙のような境界のあるシステムは、自然の残酷な法則に屈服する前に永遠に燃え続ける明るい星など、有限のエネルギー源を持っています.
熱力学の第三法則とは?
熱力学の第 3 法則は、絶対温度として知られる固有の環境におけるシステムの特性とエントロピーの挙動を予測します。絶対温度は既知の最低温度であり、宇宙の温度範囲の下限を設定します。
なんてクールだ！いいえ、真剣に、どれくらい寒いですか？絶対温度は、温度の標準単位である 0 ケルビン、つまり摂氏 -273.15 度です。絶対温度は、一部の地域や国では絶対零度としても知られています。このスケールでアイデアが得られます。
第 3 法則は、システムの温度が絶対零度に近づくと、そのエントロピーが一定になるか、エントロピーの変化がゼロになることを示しています。
ステートメントは次の式で表されます。ここで、T は温度に似ており、デルタ S はシステムのエントロピーの変化です。 ゼロに向かう矢印で表される「ゼロになる傾向がある」という表示は、温度が極小値まで低下すると、システムが周囲からエネルギーを引き出すことによって一定のエントロピーを達成することを意味しますが、最初の法則が指示するように、このエネルギーの一部は追加されますシステムの内部エネルギーに影響を与え、一定のエントロピー状態を否定します。
熱力学第三法則の重要性
第三法則が私たちの日常生活に適用されることはめったになく、既知の最低温度での物体のダイナミクスを支配します。それは、原子がその位置に接着されている、いわゆる「完全な結晶」を定義します。したがって、完全な結晶は、絶対温度でのみ達成可能なエントロピーをまったく持っていません。
エントロピーの概念は、宇宙のエントロピーの線形増加など、時間の連続的な流れを客観的に定義するいくつかの理論でも人気があります.
理想的には、0 ケルビンでは、物質の形成に関する反応のエントロピー変化はゼロになりますが、実際にはすべての物質は、ごく微量の熱が存在するため、ある程度のエントロピーを示します。私たちが測定した最も低い温度は 3 K で、星や銀河を超えた宇宙の遠い深部にあります。
つまり、夏が続くうちに楽しんでください!
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