القانون الثالث في الثرموديناميك م5

القانون الثالث للديناميكا الحرارية
تمت صياغة هذا القانون القانون الثالث للترموديناميك من العالم الفزيائي هيرمان نيرنست عام 1906 وهو قانون معروف باسمه. وهو يعادل النص القائل باستحالة الوصول إلى درجة الصفر المطلق أي لا يمكن تبريد نظام إلى درجة الصفر المطلق. فعند الاقتراب من درجة الصفر المطلق ( ) تصبح الانتروبية S لا تعتمد على الإحداثيات الأخرى للديناميكا الحرارية. حيث تصل الانتروبية S إلى قيمة ثابتة .

واقترح بلانك أن "قيمة الانتروبي لأي مادة عند درجة الصفر المطلق تساوي صفرا"
عند تبريد أي نظام حراري فإن الطاقة الحركية للجزيئات تنخفض وبالتالي فإن طاقته الحرارية تقل مما يؤدى إلى زيادة العشوائية فى ترتيب الجزيئات ويقال أن الأنتروبي لهذا النظام قد انخفضت قيمته وعند تبريد سائل يتحول إلى مادة صلبه قصورها الحراري (الأنتروبي ) أقل من السائل وهكذا تناقص درجة الفوضى بانخفاض درجة الحرارة حتى تقترب من الصفر المطلق حيث تسكن جميع أنواع الحركة وتصل إلى أقصى درجات الترتيب أي أن الأنتروبي يؤول إلى الصفر .
مما سبق يتضح أن الأنتروبي يكون له قيمه منخفضة في الحالة الصلبة وقيمه مرتفعه فى الحالة الغازية وذلك لأنه:
1- لأن الجزيئات في الحالة الصلبة تكون مرتبة في الشبيكة بشكل منتظم ويمكن تحديد موقعها بدقه فى أى لحظه وبالتالي يكون الأنتروبي فى هذه الحالة منخفض .
2- في الحالة الغازية تتحرك الجزيئات حركه عشوائية وتتصادم مع بعضها وتغير اتجاهها وبالتالي يصعب تحديد الميكروسكوبيه لهذا النظام بدقه عند إي لحظه ويصاحب هذه الصورة قيمه مرتفعه الأنتروبي .
3- أما في الحالة السائلة تكون قيمة الأنتروبي قيمه متوسطه بين الحالتين السابقتين .وفى عام 2002 اثبت العالم لامبرت frank lambertان التعريف الأدق للأنتروبي هو " كمية الطاقة المفقودة مقسوماً على درجة الحرارة "
ويعطى بالعلاقة:
?S=?Q/T
ووحدة الانتروبي هي J/K

الانتروبي مقياس للعشوائية
عندما تزداد الانتروبي يزذاد مقدار العشوائية لجزيئات النظام وعندما تقل الانتروبي تقل العشوائية بالمقابل ولهذا تعتبر ايضا الانتروبي مقياس لعشوائية اي نظام مكون من جزيئات.
عند الصفر المطلق يكون الانتروبي يؤول الى الصفر وتكون جزيئات النظام في حالة من الترتيب المثالي (وهذا هو القانون الثالث للديناميكا الحرارية)
لنوضح علاقة الانتروبي والعشوائية من خلال المثال التالي
نعلم ان الجزئيات يمكنها ان تتحرك بحرية تكون اكبر ما يمكن في حالة الغاز وبعدها في حالة السائل وتصبح حركتها مقيدة في حالة المادة الصلبة. وعليه تكون الانتربي في الغاز اكبر منها في السائل والانتروبي في السائل اكبر من الانتروبي في الصلب.
ولهذا عندما تتحول المادة من الحالة الصلبة الى الحالة السائلة وبعدها الى الحالة الغازية فان الانتروبي يزداد والعكس صحيح ايضا.
فمثلا عند تحويل قطعة من الثلج الى ماء ثم الى بخار فان الانتروبي والعشوائية للغاز سوف تزداد. والعكس صحيح اي عندما نحول البخار الى ماء ومن ثم الى ثلج فان الانتروبي والعشوائية تقل.
تغير الأنتروبي بالإضافة الى مرافقتھا لتغير في درجة حرارة النظام، فإنھ يرافق أيضاً التحولات الفيزيائية مثل الإنصھار أو التبخر أو التحول من شكل بلوري الى آخر. ويكون الأنتروبي في ھذه التحولات الفيزيائية
?S = S f - S i
عند ذوبان مادة صلبة أو تبخر سائل فإن درجة حرارة النظام تبقى ثابتة ولكن الأنتروبي يزداد (علل) لأنھ أصبح لدى الجسيمات المكونة للنظام حرية أكبر لكي تتحرك.
مثال توضيحي : إذا حدث تغير فيزيائي نتيجة امتصاص أو انطلاق مقدار (?H) من الحرارة من قبل كمية معينة من مادة فإن التغير في الأنتروبي لمثل ھذه العمليات
?S = q/ T

وعند ضغط ثابت فإن q P = ?H