Fisica: il terzo principio della termodinamica

Tramite: O2O 10/03/2018
Difficoltà: media
16

Introduzione

In fisica, il terzo Principio della termodinamica, noto anche come principio di Nernst, correla la temperatura assoluta di un sistema all'entropia. La temperatura assoluta è espressa in Kelvin °K, da non confondersi coi gradi. L'entropia è una funzione di stato, e dal secondo principio della termodinamica sappiamo che, i sistemi isolati tendono al disordine e l'entropia è una misura di questo disordine, l'entropia di un sistema isolato è destinata ad aumentare nel corso dei cambiamenti spontanei. Allo zero assoluto, cioè zero Kelvin, la materia ordinata si trova al livello di minimo di energia.

26

Equazione di Boltzmann

Per funzioni di stato termodinamiche come l'entalpia e l'energia interna, non abbiamo un valore assoluto. Per l'entropia come abbiamo già detto si ha un valore minimo zero, per un cristallo ideale e quindi una sua scala assoluta, sebbene ci sia da dire che un solido amorfo, ideale a zero Kelvin mantenga un'entropia elevata legata al suo intrinseco disordine. Infatti dando uno sguardo al mondo microscopico, possiamo capire il terzo principio tramite l'equazione di Boltzmann, S=K*lnW, dove si pone la correlazione fra entropia S e W che rappresenta il numero di stati che sono accessibili alle molecole; K che è la così detta costante di Boltzmann che si esprime come il rapporto tra la costante dei gas perfetti e la costante di Avogadro.

36

Entropia

Questa legge asserisce che: "La variazione di entropia che accompagna qualsiasi trasformazione fisica tende a zero al tendere a zero della temperatura: S->0 per T->0, posto che tutte le sostanze interessate siano perfettamente ordinate." Questo vuol dire che ad una temperatura di 0 Kelvin, che non è fisicamente raggiungibile ma è solo uno stato limite, ogni energia associata all'agitazione termica si è annullata, e in un cristallo perfetto ideale gli atomi o gli ioni sono tutti organizzati secondo una disposizione regolare ed uniforme, ovverosia in molti casi possono avere un solo stato.

Continua la lettura
46

Ordine e disordine

L'assenza di disordine spaziale e di agitazione termica lascia intuire che tali materiali ideali abbiano entropia nulla. In realtà la materia reale non può avere entropia pari a zero ma solo molto bassa, in condizioni di zero assoluto. La conclusione si accorda con l'interpretazione molecolare dell'entropia, perché S=0 se esiste un'unica maniera di disporre le particelle. Quindi possiamo riassumere così il terzo principio della termodinamica: "L'entropia di tutte le sostanze perfettamente cristalline a T = 0 è 0". Ricordando comunque che è solo un'affermazione idealizzata che non trova riscontro nella realtà fisica dell'universo conosciuto in cui non si tocca lo 0°K.

56

Entropia minima

Quanto detto finora è corretto dal punti di vista teorico, ma non per forza l'entropia minima di un sistema è uguale a 0, anzi ci sono alcuni casi in cui, molecole anche a temperatura 0 K, hanno un numero di stati accessibili maggiore ad 1, in questi casi di parla di entropia residua, cioè il valore minimo di quel sistema al Temperatura 0 K, legato alla molteplicità dei modi possibili di disporsi di una molecola. Per comprendere meglio questa ultima definizione consideriamo il ghiaccio a 0 Kelvin, ci sono 6 disposizioni equivalenti di 4 atomi di idrogeno intorno all'ossigeno, quindi il valore minimo di W è 6 e l'entropia ha un valore residuo che dipende da W e quindi dal numero di stati possibili.

66

Consigli

Potrebbe interessarti anche

Segnala contenuti non appropriati

Tipo di contenuto
Devi scegliere almeno una delle opzioni
Descrivi il problema
Devi inserire una descrizione del problema
Si è verificato un errore nel sistema. Riprova più tardi.
Verifica la tua identità
Devi verificare la tua identità
chiudi
Grazie per averci aiutato a migliorare la qualità dei nostri contenuti

Guide simili

Superiori

Fisica: il principio zero della termodinamica

Nell'Ottocento venne chiarito il concetto di temperatura. Chiariamo fin da subito che per "temperatura" non si intende un'idea soggettiva collegata alle percezioni sensoriali di caldo e freddo. La temperatura di un corpo, infatti, aumenta o diminuisce...
Superiori

Fisica: il primo principio della termodinamica

In fisica, la Prima Legge della Termodinamica stabilisce che il calore è una forma di energia, e che i processi termodinamici sono quindi soggetti al principio di conservazione dell'energia. Ciò significa che l'energia termica non può essere creata...
Superiori

Fisica: il terzo principio della dinamica

Ecco una splendida e pratica guida sulla:Fisica: il terzo principio della dinamica, la dinamica è una disciplina della Fisica, alla base della meccanica classica, che studia il moto dei corpi e delle sue cause. Il terzo principio della dinamica, o...
Superiori

Fisica: il principio di conservazione dell'energia

In fisica, un principio fondamentale è quello di conservazione dell'energia. Secondo questo principio, in un sistema isolato (cioè dove non esistono forze esterne) l'energia totale si mantiene sempre quantitativamente uguale, anche se avvengono trasformazioni...
Superiori

Appunti di fisica: il principio di Archimede

Il famoso principio di Archimede è così detto in onore del fisico e matematico greco Archimede di Siracusa (III secolo a. C.), che lo enunciò nel suo scritto "Sui corpi galleggianti". Secondo tale principio un corpo immerso in un fluido riceve una...
Superiori

I principi della termodinamica

In parallelo con lo sviluppo industriale, all'inizio del 800 nasce una nuova scienza: la termodinamica. Con la termodinamica, calore ed energia meccanica assumono il ruolo di forme diverse di una stessa entità. Il primo principio della termodinamica...
Superiori

Storia della fisica: crisi della fisica classica

Sul finire dell'Ottocento i problemi legati all'universo sembravano del tutto risolti. Negli ultimi decenni del secolo, però, a causa dell'avanzamento del sapere teorico e dello sviluppo delle tecniche di misura in laboratorio, esplosero nuovi problemi...
Superiori

Fisica: azione e reazione

La fisica moderna si basa sui cosiddetti ‘principi della dinamica’, i quali sono anche alla base della meccanica classica, ovvero quella branca che studia il rapporto tra il movimento dei corpi e gli elementi che li modificano. Queste leggi sono anche...
I presenti contributi sono stati redatti dagli autori ivi menzionati a solo scopo informativo tramite l’utilizzo della piattaforma www.o2o.it e possono essere modificati dagli stessi in qualsiasi momento. Il sito web, www.o2o.it e Arnoldo Mondadori Editore S.p.A. (già Banzai Media S.r.l. fusa per incorporazione in Arnoldo Mondadori Editore S.p.A.), non garantiscono la veridicità, correttezza e completezza di tali contributi e, pertanto, non si assumono alcuna responsabilità in merito all’utilizzo delle informazioni ivi riportate. Per maggiori informazioni leggi il “Disclaimer »”.