La troisième loi de la thermodynamique, appelée aussi théorème de Nernst, est un théorème de la thermodynamique.
Ce principe stipule que l'entropie d'un système à la température nulle absolue est une constante bien définie. En effet, à la température nulle absolue, un système est dans un état fondamental, et les augmentations d'entropie sont obtenues par dégénérescence à partir de cet état fondamental.
Formulations du troisième principe de la thermodynamique
Comme le second principe de la thermodynamique auquel elle est étroitement liée, il établit l'impossibilité de réaliser une certaine classe de phénomènes. Il y a plusieurs formulations, une moderne est la suivante:
"L'entropie d'un cristal parfait au zéro absolu est exactement égale à 0."
A zéro absolu (zéro kelvin), le système doit être dans un état le plus faible énergie possible, et la déclaration de la troisième loi de la thermodynamique, qu'un verre parfait à cette température minimale n'a qu'une seule microstate possible. L'entropie est en effet d'un point de vue statistique proportionnel au logarithme du nombre de micro-états accessibles, et pour un système constitué de nombreuses particules, la mécanique quantique indique qu'il n'y a qu'un seul état appelé état fondamental avec l'énergie minimale. . Si le système ne dispose pas d'un ordre précis (par exemple, si un solide amorphe)), puis, dans la pratique, reste une entropie finie, même à zéro absolu, mais le système à basse température reste bloquée dans l'une des nombreuses configurations qui ont une énergie minimale. La valeur résiduelle constante est appelée l'entropie résiduelle du système.
La formulation de ce principe selon Nernst-Simon se réfère aux processus thermodynamiques à basse température constante:
"Le changement d'entropie associé à chaque transformation de phase isotherme réversible est réduit à zéro, puisque la température à laquelle le processus se déroule passe à 0 K."
Dans ce cas, un liquide condensé ou un solide signifie un système condensé.
La formulation classique de Nernst (actuellement considérée plus comme une conséquence de la troisième loi de la thermodynamique au lieu de la loi elle-même) stipule:
"Il n'est pas possible pour un processus, même idéalisé, de réduire l'entropie d'un système à sa valeur nulle absolue par un nombre fini d'opérations (c'est-à-dire des transformations thermodynamiques). Il a été démontré en 2017 par Masanes et Oppenheim »
Il y a aussi une formulation de la troisième loi qui traite du comportement spécifique de l'énergie:
"Si l'ensemble des deux systèmes thermodynamiques est isolé, alors un échange d'énergie entre eux a une valeur finie"