熱力學第三定律的統計學解釋

2021-03-01 物理化學學習

熱力學第三定律，是規定了熵的零點，也是「絕對零度不能達到原理」。前面已經介紹過了「熱力學第三定律」

今天介紹熱力學第三定律的統計學解釋。

根據Boltzmann關係，我們可以給出熱力學第三定律的統計解釋。

假設系統服從Boltzmann統計分布，當系統的能級取分立值時，在εl能級上的粒子數為

由上式很容易看出（ωi為簡併度），隨著絕對溫度的降低，系統內處於高能級的粒子數越來越少，當T→0時，系統內所有粒子都將處在最低能級。

     系統在絕對零度時的熵為

S0 =k lnΩ0

其中Ω0是系統內所有粒子處於基態時的微觀態數。

    若系統的基態是非簡併的，即ωl = 1，則Ω0=1，即粒子都處於一個微觀態，那麼So =k lnΩ0=0。

    若系統的基態是非簡併的，但由於k=1.38×10-23，而S0與k成正比，所以，即使Ω0=1023如此巨大的數，此時

S0 =k lnΩ0=1.38×10-23ln1023 ，

也是一個數量級為10-22的宏觀物理量，這個宏觀物理量如此之小，以致於與其它任何宏觀量相比也只能被認為是零。

這就是熱力學第三定律的統計解釋。

 

參考文獻：

陳永東, 何翠芹. 熱力學第三定律的證明和統計解釋[J]. 唐山師範學院學報, 2004, 26(5):21-22.

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