La tercera ley de la termodinámica, también llamada teorema de Nernst, es un teorema de la termodinámica.
Este principio establece que la entropía de un sistema a la temperatura del cero absoluto es una constante bien definida. Esto se debe a que, a la temperatura del cero absoluto, un sistema se encuentra en un estado básico, y los incrementos de entropía se consiguen por degeneración desde este estado básico.
Formulaciones del tercer principio de la termodinámica
Al igual que el segundo principio de la termodinámica, al cual está estrechamente vinculado, esto establece la imposibilidad de realizar una cierta clase de fenómenos. Hay varias formulaciones, una moderna es la siguiente:
"La entropía de un cristal perfecto en el cero absoluto es exactamente igual a 0".
En el cero absoluto (cero kelvin), el sistema debe estar en un estado con la menor energía posible, y la afirmación sobre la tercera ley de la termodinámica establece que un cristal perfecto a esta temperatura mínima solo tiene un microestado posible. La entropía es de hecho a partir de un punto de vista estadístico proporcional al logaritmo del número de microestados accesibles, y para un sistema que consiste en muchas partículas, la mecánica cuántica indica que sólo hay un solo estado llamado el estado fundamental con la energía mínima. Si el sistema no tiene un orden preciso (por ejemplo, si es un sólido amorfo)), luego, en la práctica, permanece una entropía finita incluso en el cero absoluto, pero el sistema de baja temperatura permanece bloqueado en una de las muchas configuraciones que tienen una energía mínima. El valor constante residual se llama la entropía residual del sistema.
La formulación de este principio según Nernst-Simon se refiere a los procesos termodinámicos a temperatura baja constante:
«El cambio de entropía asociado a cada transformación de fase isotérmica reversible se reduce a cero, ya que la temperatura a la que tiene lugar el proceso va a 0 K.»
En este caso, un líquido condensado o un sólido significa un sistema condensado.
La formulación clásica de Nernst (actualmente considerada más una consecuencia de la tercera ley de la termodinámica en lugar de la ley misma) establece:
«No es posible que ningún proceso, incluso idealizado, reduzca la entropía de un sistema a su valor de cero absoluto mediante un número finito de operaciones (es decir, transformaciones termodinámicas). Fue demostrado en 2017 por Masanes y Oppenheim»
También hay una formulación de la tercera ley que trata del comportamiento específico de la energía:
«Si el conjunto de dos sistemas termodinámicos está aislado, entonces un intercambio de energía entre ellos tiene un valor finito»