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Concept
Troisième principe de la thermodynamique
Résumé
vignette|Walther Hermann Nernst.
Le troisième principe de la thermodynamique, appelé aussi principe de Nernst (1906), énonce que :
La valeur de l'entropie de tout corps pur dans l'état de cristal parfait est nulle à la température de .
Cela permet d'avoir une valeur déterminée de l'entropie (et non pas « à une constante additive près »). Ce principe est irréductiblement lié à l'indiscernabilité quantique des particules identiques.
Il a été énoncé par Walther Nernst en 1906, puis Max Planck en 1912.
L'argon est quasiment un gaz parfait monoatomique. Son entropie a été calculée dans l'article approche statistique du second principe de la thermodynamique : un exemple concret.
L'hélium 3 liquide est un liquide quantique qui, pour une température très inférieure à la température de Fermi, n'a pratiquement qu'un seul état possible et donc son entropie est nulle. En revanche, l'hélium 3 solide (cristallin) a une entropie molaire donc plus grande que celle du liquide. De ce fait, pour faire fondre le solide, il faut extraire de la chaleur : c'est le seul cas connu où la chaleur latente de fusion est négative. Ce phénomène est connu sous le nom d'effet Pomeranchuk.
En présence d'un très fort champ magnétique, le solide est entièrement polarisé : il n'y a pratiquement qu'un état possible ; le phénomène précédent disparait.
Les capacités thermiques Cv et Cp doivent tendre vers zéro, quand T tend vers zéro. Il en est ainsi de la capacité thermique des cristaux puisque = a×T3 (loi de Debye à basse température). Dans le cas des métaux, quand la température devient très basse, il faut tenir compte de la contribution des électrons libres et la capacité électronique est Cv, élec = γ×(T/TF) où TF est la température de Fermi, donc Cv, élec tend aussi vers zéro quand T → 0 K.
On ne peut atteindre le zéro absolu. On est plus proche de la physique si on considère que la bonne variable pour considérer la température est -(1/T) ou -1/(kT) : alors dire que T tend vers zéro signifie que cette variable tend vers moins l'infini, ce qui évidemment n'est jamais atteignable.
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