热力学第三定律（什么是热力学第三定律？）

2022-07-23 03:45:09 发布:网友投稿

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热力学第三定律(什么是热力学第三定律？)

热力学第三定律是指当一个系统的温度趋于绝对零度时，其熵趋于固定值或保持不变。(这个固定值为零)这个定律预测了系统在绝对零度时的性质和熵的变化规律。

当独立系统的温度趋于绝对零度时，其熵趋于一个固定值。

沃尔特·能斯特画像

它是热力学物理中一个被广泛研究的重要分支。与机械工程不同，热力学在日常生活中应用广泛，从空调制冷却到工业革命的象征——蒸汽机，其工作机理受热力学三定律支配。热力学定律规定了功、热和能量如何影响一个系统。这个系统指的是宇宙中任何可以发生能量转移的有界区域，这个区域之外的一切都是它周围的环境。

系统的边界_热力学中所指系统的图解。

(图片来源:Wavesmikey / Wikipedia Commons)

什么是熵？

热力学第一定律意味着宇宙天生可用能量有限。它里面的系统吸收能量后，一部分能量用来做功，另一部分用来增加系统的内能。热力学第二定律详细讨论了这个过程。这一过程包括将有限的可用能量转化为不可用能量；比如百亿年前，随着宇宙的逐渐冷却，物质逐渐产生。在这个过程中，一部分有限的可用能量转化为不可用的能量。

这种不可用的能量是用一个叫做“熵”的物理量来衡量的，它反映了一个系统的随机性或无序程度。

说明:熵无序增加的证据。

把宇宙想象成一个堆满衣服的房间。随着越来越多的衣服被穿被弃，房间变得越来越混乱，系统的熵在这个过程中逐渐增大。除非房间主人努力，否则就把衣服叠好，放整齐。房间主人的行为减少了系统的混乱。

说明:融化的冰，熵增加的一个经典例子，被鲁道夫·克劳修斯在1862年描述为冰中分子分散的增加。

考虑到宇宙是一个无法从“外界”获取能量的系统，随着初始能量转化为不可利用的能量，最终会变成一个黑暗寒冷的地方。这被称为“热沉默”，这可能是宇宙演化的终结。任何像宇宙这样能量有限的有界系统，比如闪耀的恒星，燃烧几十亿年后最终都会死亡。

热力学第三定律预测了系统在绝对零度时的性质和熵的变化规律。绝对零度是已知的最低温度，也是宇宙温度的下限。

绝对零度有多冷？绝对零度指的是0 K，也就是-273.15℃！在一些国家或地区，绝对温度也被称为绝对零度。这个温标会让你有更清晰的概念。

热力学第三定律是指当一个系统的温度趋于绝对零度时，其熵趋于固定值或保持不变。

这个定律可以用一个方程limt=0来表示。

d，其中t代表温度，

表示系统中熵的变化，“limt=0”表示趋于零，即从周围环境获取能量，使温度降低到一个无穷小的值。但是根据热力学第一定律，在这个过程中，一些能量会转化为系统的内能，从而使系统的熵不能保持恒定。

物体不可能通过有限的步骤达到绝对零度，所以在现实生活中似乎无法达到绝对零度。它定义了一种“完美晶体”，组成完美晶体的原子保持在一个固定的位置，这样它的熵为零。这是一种只能在绝对零度达到的状态。

熵的概念也常用于一些客观定义流逝时间的理论，比如宇宙中熵的线性增加。

说明:当温度接近绝对零度时，只有熵不恒定时，才能通过有限的过程实现，否则是不可能的。

理论上，当达到0 K时，物质形成过程中熵的变化也为零。但事实上，所有的物体都会有少量的热量，从而有一定的熵。在遥远的宇宙深处，我们能探测到的最低温度是3K。

总而言之，享受当下的温暖吧！