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熱力学第3法則と超伝導体

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熱力学第3法則と超伝導体


熱力学第3法則とは

熱力学第3法則(ネルンストの定理)とは、絶対0度では完全結晶のエントロピーはゼロであるという法則。

絶対温度が0〔K〕では、全ての物質の運動は止まってしまうので、自由度(無秩序さ)がなくなってしまいます。

このため、物質の自由度の目安となるエントロピーSの値は、

S = 0〔J〕 / 0〔K〕

となってしまい、エントロピーが算出できなくなってしまいます。

よって、以下の熱力学第3法則が導かれます。

絶対0度の物質のエントロピーは0〔J/K〕である

(絶対零度では、物質の自由度はない。)

ただ、運動していなくても物質の質量自体がなくなるわけではないので、物質そのもののエネルギーは存在しています。
(参考: 物質そのもののエネルギー = m・c)

いまだかつて誰も絶対0度で実験したことがないため、この法則どおりに物体の自由度が0〔J/K〕になるのか、確認はされていません。


超伝導体とは

超伝導体とは電気抵抗がなく、いったん超伝導体に流した電流は減衰することがないという性質をもつ物質のこと。
これ以外にも超伝導体は完全反磁性という性質ももっています。

極低温でこうした超伝導体の性質が現れる化合物が多いのですが、金属単体や銅系の酸素化合物は比較的高温でも超伝導を示します。
とくに銅酸化物超伝導物質であるHg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127の超伝導転移温度(上限温度)は138K(-135℃)であり、液体窒素の沸点(77K、-196℃)を超えています。