тепловой закон Нернста (
Нернста теорема), закон
термодинамики, согласно которому
Энтропия S любой системы стремится к конечному для неё пределу, не зависящему от давления, плотности или фазы, при стремлении температуры (Т) к абсолютному нулю (В.
Нернст, 1906). Т. н. т. позволяет находить абсолютное значения энтропии, что нельзя сделать в рамках классической
термодинамики (на основе первого и второго
начал термодинамики). В классической термодинамике энтропия может быть определена лишь с точностью до произвольной аддитивной постоянной
S0, что практически не мешает большинству термодинамических исследований, так как реально измеряется разность энтропий (
S0) в различных состояниях. Согласно Т. н. т., при
Т → 0 значение Δ
S → 0.
В 1911 М.
Планк сформулировал Т. н. т. как условие обращения в нуль энтропии всех тел при стремлении температуры к абсолютному нулю:
. Отсюда
S0 = 0, что даёт возможность определять абсолютное значения энтропии и др. потенциалов термодинамических (См.
Потенциалы термодинамические). Формулировка Планка соответствует определению энтропии в статистической физике (См.
Статистическая физика) через термодинамическую вероятность (
W) состояния системы
S =
kln
W (см.
Больцмана принцип). При абсолютном нуле температуры система находится в основном квантово-механическом состоянии, если оно невырождено, для которого
W = 1 (состояние реализуется единственным микрораспределением). Следовательно, энтропия
S при
Т = 0 равна нулю. В действительности при всех измерениях стремление энтропии к нулю начинает проявляться значительно раньше, чем может стать существенной при
T → 0 дискретность квантовых уровней макроскопической системы, приводящая к явлениям квантового вырождения.
Из Т. н. т. следует, что абсолютного нуля температуры нельзя достигнуть ни в каком конечном процессе, связанном с изменением энтропии, к нему можно лишь асимптотически приближаться, поэтому Т. н. т. иногда формулируют как принцип недостижимости абсолютного нуля температуры. Из Т. н. т. вытекает ряд термодинамических следствий: при
T → 0 должны стремиться к нулю теплоёмкости при постоянном давлении и при постоянном объёме, коэффициенты теплового расширения и некоторые аналогичные величины. Справедливость Т. н. т. одно время подвергалась сомнению, но позже было выяснено, что все кажущиеся противоречия (ненулевое значение энтропии у ряда веществ при
Т = 0) связаны с метастабильными состояниями (См.
Метастабильное состояние) вещества, которые нельзя считать термодинамически равновесными.
Лит.: Клейн М., Законы
термодинамики, в сборнике: Термодинамика необратимых процессов. Лекции в летней международной школе физики им. Э. Ферми, пер. с англ., М., 1962. См. также лит. при статьях
Термодинамика и
Статистическая физика.
Д. Н. Зубарев.