热力学第三定律是什么意思(热力学第三定律的公式表达式)

导语：什么是热力学第三定律？在这其中熵实如何变化的？

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

当一个独立的系统的温度趋向于绝对零度时，其熵趋于定值。

瓦尔特·能斯特的肖像

热力学是物理学中被广泛研究的一个重要分支。不同于令人头大的机械工程，热力学在生活中的应用是非常广泛的，小到空调制冷，大到工业革命的标志-蒸汽机，其工作机制均受热力学三大定律支配。热力学定律规定了做功、热量和能量是如何影响一个系统的。该系统是指宇宙中任何一个能发生能量转移的有界限的区域，该区域外的所有事物均是其周围环境。

系统的边界_热力学中所指的系统的插图。

(Photo Credit : Wavesmikey / Wikipedia Commons)

什么是熵？

热力学第一定律暗示宇宙诞生时具有有限的可用的能量，处于其中的系统吸收能量后，会将一部分能量用于做功，另一部分能量用于增加系统内能，热力学第二定律详细探讨了这一过程。这一过程包括将有限的可用的能量转化为不可用的能量；例如：百亿年前随着宇宙逐渐冷却，物质逐渐产生的过程。在该过程中，一部分有限的可用的能量转化成了不可用的能量。

这一部分不可用的能量被一个称为“熵”的物理量来衡量，该参量反映了一个系统的随机程度或无序程度。

图解：熵无序增加的证据。

将宇宙看成一个杂乱无章地堆满衣服的房间，随着被穿过和废弃的衣服越来越多，房间越来越混乱，这一过程中系统的熵也逐渐增加。除非房间的主人做出努力，将衣服叠好并摆放整齐。房间主人的动作使系统的无序程度降低。

图解：熔冰——增熵的经典例子，1862年被鲁道夫·克劳修斯描写为冰块中分子分散性的増加。

考虑到宇宙是一个不能从“外部”获取能量的系统，随着初始能量转化成不可用的能量，它最终将变成一片漆黑、冰冷之地。这被称为“热寂”，“热寂”可能成为宇宙演化的终结。任何一个像宇宙这样的拥有有限能量的有界系统，例如闪耀的恒星，在燃烧数十亿年后终将走向灭亡。

热力学第三定律

热力学第三定律预测了处于绝对零度时系统的性质和熵的变化规律。绝对零度是已知的最低温度，是宇宙温度的下限。

绝对零度有多冷？绝对零度是指了0 K，即-273.15℃！在一些国家或地区，绝对温度也被称为绝对零度。这一温标将会让你有一个更清晰的概念。

热力学第三定律是指当一个系统的温度趋于绝对零度时，其熵趋于定值或保持不变。

该定律可以用一个方程式表示limt=0

D，其中T表示温度，

表示系统中熵的变化量，“limt=0” 表示趋向于0，即通过从周围环境获取能量使温度降低到一个无穷小的值，但根据热力学第一定律，这一过程中将有一部分能量转化为系统的内能，从而使系统的熵无法保持恒定。

热力学第三定律的重要性

物体不能通过有限步骤，达到绝对零度，所以绝对零度在实际生活中似乎无法达到。它定义了一种“完美晶体”，组成完美晶体的原子都保持在固定位置，从而使其熵为零。这是一种只有在绝对零度才能达到的状态。

在一些客观地定义流逝时间的理论中也常用到熵的概念，例如：宇宙中熵的线性增加。

图解：当温度趋近绝对零度时，只有熵不是常值时，才能通过有限的过程达到，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是零。但实际上所有的物体都会具有一小部分热量，从而具有一定量的熵。我们在遥远的宇宙深处探测到的最低温度是3K。

总而言之，尽情享受当下的温暖吧！

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. sciabc

美国加州大学戴维斯分校

麻省理工学院

布朗大学

亚利桑那大学

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