Hukum Ketiga Termodinamika
Hukum Ketiga
Termodinamika
Efek magnetokalorik di pakai untuk menurunkan
temperatur senyawa paramagnetik hingga sekitar 0.001 K. Secara prinsip,
temperatur yang lebih rendah lagi dapat dicapai dengan
menerapkan efek
magnetokalorik berulang-ulang. Jadi setelah penaikan medan magnetik semula
secara isoterm, penurunan medan magnetik secara adiabat dapat dipakai untuk
menyiapkan sejumlah besar bahan pada temperatur Tᶠ¹, yang dapat dipakai sebagai
tandon kalor untuk menaikan tandon kalor secara isoterm ynag berikutnya dari
sejumlah bahan yang lebih sedikit dari bahan semula. Penurunan medan magnetik
secara adiabat yang kedua dapat menghasilkan temperatur yang lebih rendah lagi,
Tᶠ², dan seterusnya. Maka akan timbul pertanyaan apakah efek magnetokalorik
dapat dipakai untuk mendinginkan zat hingga mencapai nol mutlak.
Pecobaan menunjukan bahwa sifat dasar semua proses
pendinginan adalah bahwa semakin rendah temperatur yang dicapai, semakin sulit
menurunkannya.hal yang sama berlaku juga untuk efek magnetokalorik.dengan
persyaratan demikian, penurunan medan secara adiabat yang tak trhingga
banyaknya diperlukan untuk mencapai temperatur nol mutlak.
Temperatur nol mutlak tidak dapat dicapai dengan
sederetan prosesyang banyaknya terhingga.Ini dikenal sebagi ketercapaian
temperatur nol mutlak atau ketaktercapaian hukum ketiga termodinamika.
Pernyataan lain dari hukum ketiga termodinamika adalah hasil percobaan yang
menuju ke perhitungan bahwa bagaimana ΔST berlaku
ketika T mendekati nol. ΔST ialah perubahan entropi sistem
terkondensasi ketika berlangsung proses isoterm terbuktikan. Percobaansangat
memperkuat bahwa ketika T menurun, ΔST berkurang jika
sistem itu zat cair atau zat padat. Jadi prinsip berikut dapat di terima.
Perubahan entropi yang berkaitan dengan
proses-terbalikan-isotermis-suatu sistem-terkondensasi mendekati nol ketika
temperaturnya mendekati nol. Pernyataan tersebut merupakan hukum ketiga termodinamika menurut
Nernst-Simon.
Nernst menyatakan bahwa perubahan entropi yang
menyertai tiap proses reversibel, isotermik dari suatu sistem terkondensasi
mendekati nol. Perubahan yang dinyatakan di atas dapat berupa reaksi kimia,
perubahan status fisik, atau secara umum tiap perubahan yang dalam prinsip
dapat dilakukan secara reversibel.
Hukum
ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini
menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua
proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini
juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada
temperatur nol absolut bernilai nol.
Hukum suhu 0 Kelvin (-273,15 Celcius): Teori termodinamika menyatakan
bahwa panas (dan tekanan gas) terjadi karena gerakan kinetik dalam skala
molekular. Jika gerakan ini dihentikan, maka suhu material tsb akan mencapai 0
derajat kelvin. Aplikasinya kebanyakan logam bisa menjadi superkonduktor pada
suhu sangat rendah, karena tidak banyak keacakan gerakan kinetik dalam skala
molekular yang menggangu aliran elektron.
Hukum
ketiga termodinamika terkadang dinyatakan sebagai berikut: “Entropi dari
sempurna kristal
di nol mutlak adalah persis sama
dengan nol. Pada nol kelvin
sistem harus dalam keadaan dengan kemungkinan minimal energi
, dan pernyataan dari hukum ketiga berlaku jika kristal yang sempurna hanya
memiliki satu keadaan energi minimum
. Entropi berkaitan dengan jumlah microstates mungkin, dan dengan hanya satu
microstate tersedia di nol kelvin, entropi adalah persis nol”
Hukum
ketiga
termodinamika dirumuskan secara
tepat dengan semua titik dari ruang
keadaan suhu nol mutlak secara
fisik
adiabatik
tidak dapat diakses dari ruang
keadaan
dari sistem
sederhana. Selain menyiratkan ketidakmampuan
pencapaian nol mutlak dalam waktu yang terbatas (atau "oleh
sejumlah operasi/proses terbatas"), sebagai konsekuensi, di bawah asumsi kontinuitas,
bahwa semua titik dari nol mutlak adalah adiabatik setara. Hukum ketiga adalah universal berlaku untuk
semua sistem
makroskopik yang mematuhi hukum mekanika kuantum dan/atau teori medan kuantum.
Hal
ini jelas bahwa sebagai penurunan suhu,
entropi S memainkan peran yang
lebih kecildan lebih kecildalam meminimalkan tersedia energi bebas A. Karenaentropimasuk keAas-TS. Namun, hukum-3 menyiratkan lebih: Theentropi S (T, p) itu
sendiri cenderung nol dengan T, terlepas dari p. Ini karena hambatan potensial kecil antara keadaan-keadaan yang
berbeda menjadi unsur mountable bagi tubuh ketika gerak termal menjadi semakin lemah.
Sebuah
bentuk yang lebih umum dari hukum ketiga berlaku untuk sistem seperti kacamata
yang mungkin memiliki lebih dari satu keadaan energi minimum: “Entropi dari suatu sistem mendekati nilai
konstan karena suhu mendekati nol. Nilai konstan (tidak selalu nol)
disebut entropi sisa dari sistem. Secara
fisik, hukum menyiratkan bahwa tidak mungkin untuk prosedur apapun untuk
membawa sistem ke nol mutlak suhu dalam jumlah terbatas langkah”.
Pernyataan Hukum Ketiga Termodinamika :
•
Suatu kristal sempurna pada temperatur nol mutlak
mempunyai keteraturan sempurna, entropinya adalah nol.
•
Entropi suatu zat yang dibandingkan dengan entropinya
dalam suatu bentuk kristal sempurna pada nol mutlak, disebut Entropi Mutlak
•
Makin tinggi temperatur zat, makin besar entropi
mutlaknya
Dalam istilah sederhana, menyatakan
hukum ketiga bahwa entropi dari kristal sempurna mendekati nol sebagai suhu
mendekati nol mutlak. Undang-undang ini memberikan titik acuan mutlak untuk
penentuan entropi. Entropi ditentukan relatif terhadap titik ini adalah entropi
mutlak. Secara matematis, entropi mutlak sistem apapun pada suhu nol adalah log
alami dari jumlah B konstanta k tanah negara kali Boltzmann. Entropi
dari suatu kisi kristal yang sempurna seperti yang didefinisikan oleh
teorema Nernst ini adalah nol asalkan keadaan dasar adalah unik, karena ln (1)
= 0.
Sebuah contoh dari sistem yang tidak
memiliki keadaan dasar yang unik adalah salah satu yang mengandung
setengah-bulat berputar , yang waktu pembalikan simetri
memberikan dua merosot keadaan dasar. Untuk sistem tersebut, entropi pada suhu
nol setidaknya ln (2) k B
(yang diabaikan pada skala makroskopis). Beberapa sistem kristal menunjukkan frustrasi geometris
, di mana struktur kisi kristal mencegah munculnya keadaan dasar yang unik.
Ground-state helium (kecuali di bawah tekanan) tetap cair.
Selain itu, gelas
dan solusi yang solid mempertahankan entropi besar di 0K, karena mereka adalah
koleksi besar negara hampir merosot, di mana mereka menjadi terperangkap keluar
dari keseimbangan. Contoh lain yang solid dengan banyak hampir-degenerate
keadaan dasar, terperangkap keluar dari keseimbangan, adalah es Ih
, yang memiliki "gangguan
proton".
Untuk entropi nol mutlak untuk menjadi
nol, momen magnetik dari kristal sempurna memerintahkan harus diri mereka
sempurna memerintahkan, memang, dari perspektif entropis, ini dapat dianggap
sebagai bagian dari definisi "kristal sempurna". Hanya feromagnetik, antiferromagnetik
, dan diamagnetik bahan dapat memenuhi
kondisi ini. Bahan yang tetap paramagnetik pada 0K, sebaliknya, mungkin
memiliki keadaan dasar banyak hampir-merosot (misalnya, dalam kaca spin ), atau dapat
mempertahankan gangguan dinamis (a cairan berputar).
0 komentar:
Posting Komentar