熱力学物理理科

5分で分かる「熱力学第三法則」エントロピーやカルノーサイクルを用いて理系ライターがわかりやすく解説!

4.熱力学第三法則~エントロピーと結晶構造

熱力学第三法則は絶対零度の時のエントロピーを0とするというもの。上述のエントロピーの基準について定めた法則です。第3項までは熱力学の視点でエントロピーを見ていましたが、ここでは結晶構造に視点を向けます。絶対零度の時にエントロピー0とする考え方について、結晶構造の面から見ていきましょう。

エントロピーと結晶構造パターン

エントロピーの捉え方として、結晶構造の並び方パターン数というものもあります。原子の配置はある程度は決まっていますが、その範囲内で微妙に揺れ動いているもの。例えば、原子Aが存在し得る座標が10個あり、原子Bも10個あるなら、分子ABの構造パターンは100通りあることになります。結晶構造のパターンが多ければ多いほどそれだけエントロピーが高いとする考え。エントロピーはボルツマンの式で表されます。

image by Study-Z編集部

この考え方に従うと、結晶構造の取り方が1通りとなればエントロピーが0。絶対零度の時、原子の動きは一切ないため、結晶構造のパターンは1通りとなり、エントロピーが0というわけです。

熱力学第三法則とエントロピーの解釈

エントロピーは「変化のしやすさ」の指標。原子の配置のパターン数が多いほど、エントロピーが高い状態。の時絶対零度は原子の配置が1パターンしかなく、エントロピー0と定義されています。これが熱力学第三法則です。

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