![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
Третье начало термодинамики
Aug. 17th, 2020 08:12 am Была у нас тут нерешенная задача. Уже год как была. Некая физическая величина, вроде бы, должна была стремиться к нулю при нулевой температуре. Всегда, т.е. для любого материала. Но не было видно никаких причин ей это делать. Формула есть, очень сложная. Для неких простых ситуаций можно показать, что таки стремится к нулю. А в общем случае? У нас был только такой аргумент: если бы найти контрпример, то это было бы опровергло некоторые символы веры среди твердотельщиков и им сочувствующих. (О какой величине идет речь не так важно. Ну, коэффициент Нернста который описывает эффект Нернста, см. Википедию).
И наконец до нас дошло, что если бы эта величина не стремилась к нулю, то это нарушало бы третье начало термодинамики. Т.е. можно было бы построить "вечный двигатель третьего рода". А это что за зверь такой? Многие слышали про вечный двигатель второго рода. Эта такая штука, которая берет тепло от резервуара и превращает его целиком в полезную работу. Очень полезная штука была бы. Например, взять и охладить кору Земли и мировой океан на полградуса Цельсия. Это ж сколько полезной работы можно было получить!
Многие также слышали, что такая штука запрещена вторым началом термодинамики. Но это, оказывается, не совсем правда. Второе начало термодинамики говорит, что часть энергии придется отдать более холодному резервуару. Почему? Ну, потому что забирая энергию у первого резервуара, мы забираем и энтропию. Ее надо куда-то девать. Ну, вот мы ее и сбрасываем во второй резервуар. Чем этот второй резервуар холоднее, тем больше энтропии можно сбросить на единицу энергии. Но тогда получается, что второе начало не полностью закрывает возможность вечного двигателя 2го рода. Если второй резервуар имеет нулевую температуру, ему можно передать энтропию не передавая никакой энергии!
Вот чтобы закрыть эту дыру и есть третье начало. Оно говорит, что невозможно охладить нечто до нулевой температуры за конечное время. Ну, или за конечное число "операций". Это "принцип недостижимости Нернста". Есть и другая формулировка, на самом деле более старая: энтропия любого тела при нулевой температуре перестает зависеть от параметров системы ("теорема Нернста"). Но эту формулировку критиковал Эйнштейн, в результате чего Нернст и придумал "принцип недостижимости".
Третье начало термодинамики, как и второе, не доказано. Но поскольку в него все верят, то ссылка на него позволяет доказать иначе недоказуемые вещи. Как аксиома выбора в математике. И как и при применении аксиомы выбора, остается чувство неудовлетворенности.
И наконец до нас дошло, что если бы эта величина не стремилась к нулю, то это нарушало бы третье начало термодинамики. Т.е. можно было бы построить "вечный двигатель третьего рода". А это что за зверь такой? Многие слышали про вечный двигатель второго рода. Эта такая штука, которая берет тепло от резервуара и превращает его целиком в полезную работу. Очень полезная штука была бы. Например, взять и охладить кору Земли и мировой океан на полградуса Цельсия. Это ж сколько полезной работы можно было получить!
Многие также слышали, что такая штука запрещена вторым началом термодинамики. Но это, оказывается, не совсем правда. Второе начало термодинамики говорит, что часть энергии придется отдать более холодному резервуару. Почему? Ну, потому что забирая энергию у первого резервуара, мы забираем и энтропию. Ее надо куда-то девать. Ну, вот мы ее и сбрасываем во второй резервуар. Чем этот второй резервуар холоднее, тем больше энтропии можно сбросить на единицу энергии. Но тогда получается, что второе начало не полностью закрывает возможность вечного двигателя 2го рода. Если второй резервуар имеет нулевую температуру, ему можно передать энтропию не передавая никакой энергии!
Вот чтобы закрыть эту дыру и есть третье начало. Оно говорит, что невозможно охладить нечто до нулевой температуры за конечное время. Ну, или за конечное число "операций". Это "принцип недостижимости Нернста". Есть и другая формулировка, на самом деле более старая: энтропия любого тела при нулевой температуре перестает зависеть от параметров системы ("теорема Нернста"). Но эту формулировку критиковал Эйнштейн, в результате чего Нернст и придумал "принцип недостижимости".
Третье начало термодинамики, как и второе, не доказано. Но поскольку в него все верят, то ссылка на него позволяет доказать иначе недоказуемые вещи. Как аксиома выбора в математике. И как и при применении аксиомы выбора, остается чувство неудовлетворенности.
