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Der 3. Hauptsatz der Thermodynamik

Allgemeines:
Der dritte Hauptsatz der Thermodynamik befasst sich mit der Tempertur eines Systems. Der 3. Hauptsatz wurde von Walter Nernst aufgestellt, nachdem der das Entropieverhalten in der Nähe des absoluten Nullpunkts untersuchte hatte. Seine Untersuchungen zeigten, dass bei reinen, kristallisierten Festkörpern die Entropieänderung bei Annäherung an den absoluten Nullpunkt gegen Null strebt.
 

Herleitung des dritten Hauptsatzes der Thermodynamik:
Bei einer Temperatur von T = 0 K sollte es keine thermische Bewegung der Teilchen mehr geben.Alle (in ideal kristallinen Stoffen) Teilchen sind dann in einem regelmäßigen, starren Gitter angeordnet. Daher sollten alle Teilchen die gleiche Entropie aufweisen (alle Teilchen haben physikalisch und chemisch die gleiche Umgebung).
 

Der 3. Hauptsatz:

  • Der Wert für die Entropie aller chemischen Stoffe, die am absoluten Nullpunkt als ideal kristallisierte Stoffe angesehen werden können, ist Null.
  • Der 3. Haupsatz der Thermodynamik sagt aus, dass ein System niemals die Temperatur des absoluten Nullpunktes 0 K (-273,15°C) erreichen kann (da der ideal kristallisierte Festkörper nicht existiert, kann der absolute Nullpunkt auch nicht erreicht werden)


Anwendung des 3. Hauptsatzes:
Die Gültigkeit des 3. Hauptsatzes kann mithilfe quantenmechanischer Annahmen und Berechnungen bewiesen werden. Experimentell konnte die Gültigkeit des 3. Hauptsatzes bisher nie wiederlegt werden, da der absolute Nullpunkt bisher nie erreicht werden konnte. 
 

Anmerkung:
Manchen stellt sich die Frage, warum gerade am absoluten Nullpunkt die Entropie Null sein soll. Aus dem 3. Hauptsatz der Thermodynamik folgt nicht, dass alle Entropien bei T = 0 K gleich null werden. Der 3. Hauptsatz sagt nur, dass alle Stoffe am absoluten Nullpunkt dieselbe Entropie besitzen (keine Bewegung der Teilchen mehr). Erst durch internationale Gremien hat man sich darauf geeinigt, den Wert der Entropie am absoluten Nullpunkt gleich null zu setzten. Den Wert 0 hat man deswegen verwendet, da er "die Lösung der sog. Boltzmann-Gleichung für die Entropie ist Entropie S = k·ln(W)", wobei W die Möglichkeit der Teilchenanordung ist. Bei idealer Anordnung ist W = 1, so das gilt S = 0. 
 

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