Hukum ketiga termodinamika

Termodinamika
Mesin panas klasik Carnot
Cabang Klasik Statistik Kimia Termodinamika kuantum Kesetimbangan / Tak setimbang
Hukum Awal Pertama Kedua Ketiga
Sistem Keadaan Persamaan keadaan Gas ideal Gas nyata Wujud zat Kesetimbangan Volume kontrol Instrumen Proses Isobarik Isokorik Isotermis Adiabatik Isentropik Isentalpik Quasistatik Politropik Ekspansi bebas Reversibel Ireversibel Endoreversibilitas Siklus Mesin kalor Pompa kalor Efisiensi termal
Properti sistem Catatan: Variabel konjugat dengan huruf miring Diagram properti Sifat ekstensif dan intensif Fungsi proses Kerja Panas Fungsi keadaan Suhu / Entropi (Pendahuluan) Tekanan / Volume Potensi kimia / Nomor partikel Kualitas uap Properti tereduksi
Persamaan Teorema Carnot Teorema Clausius Hubungan dasar Hukum gas ideal Hubungan Maxwell Onsager reciprocal relations Persamaan Bridgman Tabel persamaan termodinamika
Potensial Energi bebas Entropi bebas Energi dalam ${\displaystyle U(S,V)}$ Entalpi ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Energi bebas Helmholtz ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Energi bebas Gibbs ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
Ilmuwan Bernoulli Boltzmann Carnot Clapeyron Clausius Carathéodory Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Maxwell von Mayer Onsager Rankine Smeaton Stahl Thompson Thomson van der Waals Waterston
Buku Kategori Portal Termodinamika
l b s

Hukum ketiga termodinamika kadang-kadang dinyatakan sebagai berikut, mengenai sifat sistem dalam kesetimbangan pada temperatur nol mutlak:

Entropi kristal sempurna pada nol mutlak adalah tepat sama dengan nol.

Pada titik nol mutlak (nol kelvin), sistem harus berada dalam keadaan dengan energi seminimum mungkin, dan pernyataan hukum ketiga di atas berlaku karena kristal sempurna hanya memiliki satu keadaan energi minimum. Entropi berhubungan dengan jumlah keadaan mikro yang mudah diakses, dan untuk sistem yang terdiri dari banyak partikel, mekanika kuantum menunjukkan bahwa hanya ada satu keadaan unik (disebut keadaan dasar) dengan energi minimum.^[1] Jika sistem tidak memiliki tatanan yang terdefinisi dengan baik (jika ordenya adalah glassy, misalnya), maka dalam praktiknya masih ada sedikit entropi karena sistem dibawa ke suhu yang sangat rendah akibatnya sistem menjadi terkunci dalam konfigurasi dengan energi tidak minimal. Nilai konstan tersebut dinamakan entropi residual.^[2]

Pernyataan Nernst-Simon tentang hukum ketiga termodinamika menyangkut proses termodinamika pada suhu tetap dan rendah:

Perubahan entropi yang terkait dengan sistem kental akan menjalani proses isotermal reversibel mendekati nol ketika suhu perlakuan mendekati 0 K.

Sistem kental di sini mengacu pada cairan dan padatan.

Formulasi klasik oleh Nernst (sebenarnya merupakan konsekuensi dari Hukum Ketiga) adalah:

Tidak mungkin bagi proses apapun, tidak peduli seberapa idealnya, untuk mengurangi entropi suatu sistem sampai nilai nol mutlaknya dalam jumlah operasi yang terbatas.^[3]

Hal itu dibuktikan oleh Masanes dan Oppenheim pada tahun 2017.^[4][5]

Ada juga rumusan Hukum Ketiga melalui pendekatan subjek dengan mendalilkan perilaku energi tertentu:

Jika gabungan dua sistem termodinamika merupakan sistem yang terisolasi, maka pertukaran energi dalam bentuk apapun antara dua sistem tersebut dibatasi.^[6]

1. ^ J. Wilks (1961), The Third Law of Thermodynamics, Oxford University Press 
2. ^ Kittel and Kroemer, Thermal Physics (edisi ke-2nd), hlm. 49 
3. ^ Wilks, J. (1971), W. Jost, ed., "The Third Law of Thermodynamics, Chapter 6", Thermodynamics, 1  of H. Eyring, D. Henderson, W. Jost, Physical Chemistry. An Advanced Treatise, New York: Academic Press, hlm. 477 Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
4. ^ "Cooling to absolute zero mathematically outlawed after a century". www.newscientist.com. 
5. ^ "A general derivation and quantification of the third law of thermodynamics". www.newscientist.com. 
6. ^ Heidrich, M. (2016). "Bounded energy exchange as an alternative to the third law of thermodynamics". Annals of Physics. 373: 665–681. doi:10.1016/j.aop.2016.07.031.