konspekt_seminara

Преподаватель. Последний вопрос для обсуждения– третье начало термодинамики.

Эксперты в области статфизики. Согласно формуле Больцмана возрастание упорядоченности системы соответствует уменьшению статистического веса (в пределе w = 1) и, соответственно, уменьшению энтропии системы. Если принять, что при T = 0 K статистический вес термодинамической системы минимальный, то энтропия системы при T® 0K стремится к своему минимальному значению: . Смысл теоремы Нернста заключается в утверждении, что при T = 0 K энтропия системы имеет минимальное фиксированное значение и вблизи абсолютного нуля процессы происходят без изменения энтропии. Это утверждение и составляет содержание теоремы Нернста. Значение при T = 0 K удобно принять равным нулю (w = 1): .

Эксперты в области термодинамики. Из понятия термодинамической энтропии (точнее, приращения энтропии) следует, что при понижении температуры системы (охлаждения системы) ее энтропия уменьшается. Третье начало постулирует, что уменьшение энтропии при приближении к нулевой абсолютной температуре имеет предел, который стремится к определенному конечному пределу. Этот предел считается равным нулю: . При T = 0 K энтропия системы не зависит от всевозможных характеристик вещества (агрегатного состояния, давления, химического состава и т. д.) и принимается равной нулю S₀ = 0. Данный постулат имеет опосредованное экспериментальное основание: теплоемкость твердых тел не является постоянной величиной и становится исчезающее малой при приближении к Т = 0 К. Теорема Нернста фактически постулирует, что при абсолютном нуле температуры все процессы происходили бы без изменения энтропии. Из теоремы Нернста получаем важное следствие: температура 0 К не может быть достигнута конечным числом процессов в термодинамической системе.

Преподаватель. Обратим внимание на обобщающую схему, на которой пока не указаны логические связи между структурными элементами термодинамики и укажем эти связи. Методология учебного познания по термодинамике соответствует гносеологической цепочке познания - от единичного к общему, а от него - к предельно общему. Термодинамика как фундаментальная физическая теория содержит эмпирическое основание, теоретическое ядро и дедуктивные следствия. Начала термодинамики вместе с теоретической моделью тел образуют теоретическое ядро термодинамики и образующими постулативную базу этой физической теории. Нулевое, первое и второе начала вводят в структуру термодинамики функции состояния: температуру T, внутреннюю энергию U, энтропию S. Третье начало не вводит в термодинамику какую-то новую функцию состояния, однако это начало реализует численную определенность других функций состояния (термодинамических потенциалов), которые вводятся в термодинамику для описания конкретных термодинамических систем. Экспериментальная проверка выводных (дедуктивных) законов, описывающих свойства конкретных термодинамических систем, опосредованно подтверждают верность начал термодинамики.