La tercera llei de la termodinàmica, també anomenada teorema de Nernst, és un teorema de la termodinàmica.
Aquest principi estableix que l'entropia d'un sistema a la temperatura del zero absolut és una constant ben definida. Això es deu al fet que, a la temperatura del zero absolut, un sistema es troba en un estat bàsic, i els increments d'entropia s'aconsegueixen per degeneració des d'aquest estat bàsic.
Formulacions del tercer principi de la termodinàmica
Igual que el segon principi de la termodinàmica, al qual està estretament vinculat, això estableix la impossibilitat de fer una certa classe de fenòmens. Hi ha diverses formulacions, una moderna és la següent:
"L'entropia d'un cristall perfecte en el zero absolut és exactament igual a 0".
En el zero absolut (zero kelvin), el sistema ha d'estar en un estat amb la menor energia possible, i l'afirmació sobre la tercera llei de la termodinàmica estableix que un vidre perfecte a aquesta temperatura mínima només té un microestat possible. L'entropia és de fet a partir d'un punt de vista estadístic proporcional al logaritme del nombre de microestats accessibles, i per a un sistema que consisteix en moltes partícules, la mecànica quàntica indica que només hi ha un sol estat anomenat l'estat fonamental amb l'energia mínima . Si el sistema no té un ordre precís (per exemple, si és un sòlid amorf)), després, en la pràctica, roman una entropia finita fins i tot en el zero absolut, però el sistema de baixa temperatura roman bloquejat en una de les moltes configuracions que tenen una energia mínima. El valor constant residual es crida l'entropia residual del sistema.
La formulació d'aquest principi segons Nernst-Simon es refereix als processos termodinàmics a temperatura baixa constant:
«El canvi d'entropia associat a cada transformació de fase isotèrmica reversible es redueix a zero, ja que la temperatura a la qual té lloc el procés va a 0 K.»
En aquest cas, un líquid condensat o un sòlid significa un sistema condensat.
La formulació clàssica de Nernst (actualment considerada més una conseqüència de la tercera llei de la termodinàmica en lloc de la llei mateixa) estableix:
«No és possible que cap procés, fins i tot idealitzat, redueixi l'entropia d'un sistema al seu valor de zero absolut mitjançant un nombre finit d'operacions (és a dir, transformacions termodinàmiques). Va ser demostrat en 2017 per Masanes i Oppenheim »
També hi ha una formulació de la tercera llei que tracta del comportament específic de l'energia:
«Si el conjunt de dos sistemes termodinàmics està aïllat, llavors un intercanvi d'energia entre ells té un valor finit»
