Tercer principio de la termodinámica para niños
El tercer principio de la termodinámica, también conocido como postulado de Nernst, nos dice algo muy interesante sobre el frío extremo. Afirma que es imposible alcanzar la temperatura más baja posible, llamada cero absoluto (0 K), en un número limitado de pasos.
En pocas palabras, este principio explica que:
- Cuando un sistema físico se acerca al cero absoluto, todos sus procesos se detienen.
- A medida que la temperatura se acerca al cero absoluto, una propiedad llamada entropía (que mide el desorden de un sistema) alcanza su valor más bajo.
Algunas personas se refieren a esto como una "ley", pero es más preciso llamarlo "postulado" o "teorema". Fue propuesto por el científico Walther Nernst.
Contenido
¿Qué es el cero absoluto?
El cero absoluto es la temperatura más fría que se puede alcanzar en el universo. A esta temperatura, las partículas de un material (como átomos y moléculas) tendrían la menor energía posible y casi dejarían de moverse. Es un punto de referencia muy importante en la ciencia.
Historia del postulado de Nernst
Este principio fue desarrollado por el químico Walther Nernst entre 1906 y 1912. Por eso, a menudo se le llama el teorema de Nernst o postulado de Nernst.
Nernst propuso que la entropía (el nivel de desorden) de un sistema a la temperatura del cero absoluto es un valor fijo. Esto se debe a que, a esa temperatura, un sistema se encuentra en su estado de energía más bajo, y su desorden está determinado por cómo se pueden organizar sus partículas en ese estado.
En 1912, Nernst lo explicó así: "Es imposible, por cualquier método, alcanzar la temperatura de 0 K en un número finito de pasos".
Más tarde, en 1923, otros científicos como Gilbert N. Lewis y Merle Randall lo formularon de otra manera. Dijeron que si la entropía de un elemento en un estado cristalino perfecto se considera cero en el cero absoluto, entonces cualquier sustancia tiene una entropía positiva, pero en el cero absoluto, la entropía puede llegar a ser cero, especialmente en sustancias cristalinas perfectas.
Esto significa que no solo el cambio en la entropía se acerca a cero a 0 K, sino que la entropía misma también puede llegar a ser cero si el material es un cristal perfecto con una sola forma de organización. Algunos materiales pueden tener un poco de desorden incluso a temperaturas muy bajas, pero este desorden extra desaparece cuando se superan ciertas barreras.
En 2017, los físicos Lluís Masanes y Jonathan Oppenheim, del University College de Londres, publicaron una demostración matemática de este principio en la revista Nature.
¿Cómo funciona el tercer principio?
En términos sencillos, el tercer principio nos dice que la entropía de una sustancia pura y con una estructura ordenada (cristalina) es cero cuando alcanza el cero absoluto. Esto nos da un punto de partida para medir la entropía de cualquier sustancia. La entropía medida desde este punto se llama entropía absoluta.
Un ejemplo especial son los materiales con una estructura cristalina perfecta. La entropía de un cristal "perfecto" es cero, porque sus partículas están organizadas de una sola manera. Sin embargo, en la realidad, los cristales se forman a temperaturas más altas y pueden tener pequeñas imperfecciones. Cuando se enfrían, no siempre alcanzan la perfección total. Esto concuerda con la idea de que el desorden (entropía) siempre tiende a aumentar, ya que ningún proceso real es completamente reversible.
Otra aplicación de este principio se ve en cómo se comportan los imanes de un material. Los metales que tienen pequeños imanes desordenados (paramagnéticos) se ordenarán a medida que la temperatura se acerque a 0 K. Pueden ordenarse de forma que todos los pequeños imanes apunten en la misma dirección (ferromagnética) o en direcciones opuestas (antiferromagnética).
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Walther Nernst.
Véase también
En inglés: Third law of thermodynamics Facts for Kids
