3. Hauptsatz der Thermodynamik

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3. Hauptsatz der Thermodynamik - Entropie am absoluten Nullpunkt

Was ist der dritte Hauptsatz der Thermodynamik?

Der dritte Hauptsatz der Thermodynamik, den wir auch als Nernstscher Wärmesatz kennen, ist ein Grundpfeiler unserer physikalischen Weltanschauung. Er offenbart eine außergewöhnliche Eigenschaft der Entropie, einen der zentralen Begriffe in der Thermodynamik.

Entropie ist ein Maß für die Unordnung oder die Anzahl der möglichen Zustände eines Systems. Im Kern besagt der dritte Hauptsatz, dass die Entropie eines perfekten Kristalls beim absoluten Nullpunkt genau null ist. Das klingt erst einmal sehr theoretisch, hat aber konkrete Auswirkungen auf unser Verständnis von Materie und deren Verhalten bei extrem niedrigen Temperaturen.

Der absolute Nullpunkt und vollkommene Ordnung

Am absoluten Nullpunkt, der eine Temperatur von \(-273,15\) Grad Celsius oder \(0\) Kelvin entspricht, besagt der dritte Hauptsatz, dass die Entropie den Wert null annimmt. Aber warum ist das so und was bedeutet das überhaupt?

Stelle dir vor, du hättest einen perfekt geformten Kristall - ein Stoff, in dem alle Atome in einem präzisen und vollkommen geordneten Gitter angeordnet sind. Wenn wir die Temperatur dieses Kristalls senken, verringern wir auch die Menge an thermischer Energie, die die Atome im Kristall bewegt. Bei 0 Kelvin ist die thermische Bewegung der Atome komplett angehalten. Da es keine Energie gibt, die Unordnung in das System einführen könnte, gibt es auch nur einen einzigen möglichen Zustand: vollkommene Ordnung.

Zusammenfassung

  • Dritter Hauptsatz der Thermodynamik: Eine präzise Definition besagt, dass die Entropie eines vollkommenen Kristalls bei 0 Kelvin (absoluter Nullpunkt) null ist.
  • Absoluter Nullpunkt: Bei -273,15 Grad Celsius oder 0 Kelvin existiert keine thermische Energie; dies ist die untere Grenze der Temperaturskala.
  • Entropie: Im Kontext des dritten Hauptsatzes repräsentiert Entropie ein Maß für Unordnung; am absoluten Nullpunkt herrscht maximale Ordnung.
  • Kristalliner Zustand: Ein perfekter Kristall ist durch eine hochgradig geordnete Struktur von Atomen oder Molekülen charakterisiert.
  • Einzigartiger Grundzustand: Nur ein Mikrozustand ist am absoluten Nullpunkt möglich, was in einer Entropie von null resultiert.

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