Теплова машина
Під цим терміном розуміють систему, яка завдяки підводу до неї зовнішньої енергії може здійснювати механічну роботу. Теплові машини були паровими і були винайдені в кінці XVII століття.
Другий закон термодинаміки відіграє визначальну роль у визначенні їх ефективності. Ще Саді Карно встановив, що максимальний ККД цього пристрою дорівнює: ККД = (T2 – T1)/T2, тут T2 і T1 – температури нагрівача і холодильника. Механічна робота може бути здійснена лише тоді, коли існує потік теплоти від гарячого тіла до холодного, причому цей потік неможливо на 100% переводити в корисну енергію.
Нижче наведено малюнок, де зображено принцип роботи теплової машини (Qabs – передане тепло машині, Qced – теплові втрати, W – корисна робота, P і V – тиск і об’єм газу в поршні).
Абсолютний нуль і постулат Нернста
Нарешті, перейдемо до розгляду третього закону термодинаміки. Він також називається постулатом Нернста (прізвище німецького фізика, який вперше його сформулював на початку XX століття). Закон говорить: “З допомогою кінцевого числа процесів не можна досягти абсолютного нуля”. Тобто неможливо ніяким способом повністю “заморозити” молекули і атоми речовини. Причиною цього є постійною існуючий теплообмін з навколишнім середовищем.
Один з висновків, зроблених з третього закону термодинаміки, полягає у зменшенні ентропії при русі до абсолютного нуля. Це означає, що система прагне організуватися. Цей факт можна використовувати, наприклад, для перекладу парамагнетиків у феромагнітний стан при охолодженні.
Цікаво відзначити, що найменшої температури, якої вдалося досягти в даний час, є значення 5·10-10 K (2003 рік, лабораторія Массачусетського Технологічного Інституту, США).
