热力学 第三定律（英文名：third law of thermodynamics ）又称 绝对零度 不能达到原理 、能斯特热定理 ，是热力学的四条基本定律之一 ，由 瓦尔特·能斯特 （Walther Hermann Nernst ）提出。 1920年， 吉尔伯特·路易士 （Gilbert Newton Lewis）和乔治·欧内斯特·吉布森（George Ernest Gibson）对此定律提出了更准确的表述。
热力学第三定律文字表述为：不可能用有限的步骤使系统的温度达到绝对零度。 它描述的是 热力学系统 的熵[shāng] 在温度趋近于 绝对零度 时将趋于定值，而对于 完整晶体 而言，这个定值为零。
随着统计力学的发展，这个定律正如其他 热力学 定律一样得到了各方面解释，是低温下实际系统量子性质的宏观表现，而不再只是由实验结果所归纳而出的经验定律。 这个定律在低温物理、 化学 领域有重要意义。
简史
1902年理查德（Richards）对 原电池 的研究得到的 实验数据 指出：原电池定温反应的 值与 值随着温度的降低而彼此趋近。
1906年，德国物理学家 瓦尔特·能斯特 （Nernst）根据对低温下各种化学反应的性质研究，发表了著作《热理论》，进一步提出可逆定温化学反应的熵变趋于以下极限：
并指出这一理论能应用于包括溶液的所有凝聚系。这就是能斯特热定理，可叙述为：凝聚系的熵在可逆定温过程中的改变随 开尔文 趋于零而趋于零。
1912年， 马克斯·普朗克 （M.Planck）把能斯特热定理推进了一步，假设0 K时，纯凝聚态的熵值等于0。即
同年 瓦尔特·能斯特 根据他的热 定理 又推出 绝对零度 不可能达到原理：不可能用有限的手续使一个物体冷却到绝对温度的零度。要使物体温度降低必须使物体经过一个过程。
1913年， 吉尔伯特·路易士 （Gilbert Newton Lewis）提出了自由能数据的计算基准，即各种元素在不同温度的标准状态下的焓[hán]和自由能均规定为零。1920年路易斯与 威廉·吉布森 （George Ernest Gibson）通过对 理想溶液 和纯液体在降温过程达到绝对零度时熵变的分析，认为纯物质的完美 晶体 的熵在绝对零度时消失，提出了热力学第三定律更准确的表述
20世纪20年代， 阿尔伯特·爱因斯坦 利用其新的量子统计定律（ 玻色–爱因斯坦统计 ）证明当温度下降时气体也会失去它们的 比热容 ，为这个热力学第三定律提供了最终的理论支撑。
定律内容
文字表述
热力学第三定律有多种表述，主要文字表述如下：
（1）不可能用有限的步骤使系统的温度达到 绝对零度 。
（2）在绝对零度（0 K）时所有纯物质的完美晶体（所谓“完美晶体”是指没有任何缺陷的规则晶体）的熵值为零。
数学表述
随着温度向0 K趋近， 等温过程 中任何平衡系统的熵不再和任何 热力学 参量有关，在极限情况（T=0 K）下，对于所有系统，熵都有同样的恒定值，可取此值等于零。即
或
式中， 可为任何 热力学 参量 。
定律解释
绝对零度 是热力学第三定律的主题。降低物体的温度，需要用特殊的“ 热泵 ”把它的能量带走，使它变冷，同时把这热量传递给另外一个物体。
要使物体温度变得比环境低，必须使用 压缩式制冷机 。
卡诺制冷机的制冷系数为：
上式给出了从低温物体移到高温物体的热量与所消耗的功之比。这个值越小，移同样热量耗功越多。
例如 ，此时 ，表明物体从 的物体移 热量到 的环境，需耗费功 。
若 ，此时 ，表明物体从 的物体移 热量到 的环境，需耗费功 。
由此可见，温度越低，耗功越多，显然，当 ，需要的功就为无穷大，这是不可能的， 绝对零度 （0 K）也就不可能达到。
即使确实达到了 绝对零度 ，但测量时将温度计放入系统内部后，必须要通过信息通道来确定温度计的读数。可无论采用实物、电磁信号等任何通道，它们同时也是热传输的通道。而使用的那种特殊材料也必定隔断了这一切的信息通道。因此，绝对零度是无法实现的，即使真的可以达到，它也无法维持和确定。
相关概念
熵
熵是系统无序程度大小的度量，它反映了系统将热量转变为功的本领。系统可逆吸热时，熵增加；系统可逆放热时，熵减少．实验表明，一切不可逆 绝热过程 中的熵总是增加的，可逆绝热过程中的熵是不变的。
气体分子平动、转动和振动等热运动都会贡献出相应的平动熵、转动熵和振动熵等热熵，它们的总和称为气体的光谱熵或统计熵，它是通过理论计算得到的。利用量热数据，就可计算出任意物质在各种状态（物态、温度、压力）的熵值，这样定出的纯物质的熵值称为量热熵。如果量热实验和统计理论都是精确的话，光谱熵和量热熵应该是一样的。但在 、 、 、 、 、 和 等气体的场合中，量热熵比光谱熵小1到2个熵单位，其差额称为残余熵。
绝对零度
绝对零度 （英文：absolute zero）就是 热力学 温标定义的 零点 （0 K，相当于 摄氏度 273.15℃或华氏温标-459.7°F），代表的是自然界中任意一个系统在平衡条件下可以趋近的最冷状态。绝对零度是热力学理论中温度的下限值，实际上永远也不会达到的。 热力学定律表明，仅使用热力学手段不能达到绝对零度，因为被冷却物质的温度渐近地接近 冷却剂 的温度。 即使是一个处于绝对零度的系统，如果它能以某种方式实现，仍然会拥有 量子力学 零点能量 ，即绝对零度时 基态 的能量；基态的动能不能被去除。
热膨胀系数
热膨胀系数是指在一定压力下，物质随单位温度变化而产生的长度量值的变化，《金属材料热膨胀特征参数的测定》定义了三种热膨胀系数：（1）线性热膨胀：线性热膨胀是与温度变化相应的试样单位长度的变化；（2）平均线膨胀系数：平均线膨胀系数是在温度 和 区间与温度变化 相应的试样长度相对变化的均值；（3）热膨胀率：热膨胀率是在温度 下，与温度变化 相应的线性热膨胀值。
根据热力学第三定律的 马克斯·普朗克 叙述方式，既然一 化学 均匀物质的熵在 时趋于一恒定值，而与 压强 、体积等参量无关，所以应有
；
由 麦克斯韦关系
；
可知，当 时，必有
；
这表明，当 时，等压热膨胀系数 及等容压力系数 均等于零。
比热
指单位质量（如1克）物体的热容量。通常是以使该物质温度升高1 摄氏度 所需的热量来表示。一般为温度的函数，由于是在一定压力或物体保持一定体积情况下进行升温，所以所需的热量也各不相同。困此，又将比热分为定压比热 和定容比热 。一般固体的定压比热和定容比热相差很小。在常温下，两者之差约为定容比热 的3%~10%左右。其关系式为：
。其中 为压缩率、 为密度、 为 开尔文 、 为热功当量， 为热膨胀系数。
当温度趋近于 绝对零度 时，任意过程的热容量（或比热）也趋于零。比如：对等压过程有
由此得：
蒸汽压力
蒸汽压力（ Vapour 压强 ）是液体在一定温度下由液态变为气态的压力。
逼近 绝对零度 ，可以通过抽气降低 液氦 的蒸汽压力 ，但液氦温度愈低，其蒸气压愈低，抽走氦蒸气愈困难，进一步降温就愈困难。对于绝热去磁致冷，情形也与此类似，要达到绝对零度就需要无数次的绝热去磁过程。这也佐证了 热力学 第三定律：不可能用有限的手续使物体降到绝对零度。
熔化潜热
固体在 熔点 熔化时吸收的热量称为熔化 潜热 （ ）。其值等于该材料液态凝固时放出的热量。
在 时，熔化曲线的 斜率 趋近于零。利用克劳修斯-克拉佩龙关系式，
，并且 和体积变化为 常数 ，可以得出 。
可以总结，在极低温度时，液体是很有序的。由于 ，不存在熔化 潜热 。
相关推论
绝对熵
热力学第三定律最重要推论就是绝对熵的导出和计算。
由式 ，有
积分得
根据低温下固体热容实验，可以假定 ，因此我们选上式的积分下限 ，有
式中 为0 K时的熵。积分在定容条件下进行，故 ，而由第三定律的 瓦尔特·能斯特 一 西蒙 表述， 常数 ，与 无关。1911年 马克斯·普朗克 假定0 K 晶体 的熵为零，即
则上式可进一步简化
用上式计算的熵不含任何常数，称为绝对熵。
另一种常用公式是
推论一
即： 绝对零度 时纯固体或纯液体的熵为零
这是 普朗克 根据能斯特热定理提出的。凝聚系在绝对零度时所进行的任何反应和过程，其熵变为零，也就是说，在绝对零度时各种物质的熵都 相等 。 马克斯·普朗克 的推论得到了许多实验结果的支持。例如，液态氮、金属中的 电子 气以及许多 晶体 和非晶体的实验指出，它们的熵都随着温度趋于 绝对零度 而趋于零。
推论二
数学表达为：
即 摩尔 定压热容， 即摩尔定容热容
这一理论为 量子力学 有关比热容的理论及趋近 绝对零度 时的实验所证实。
相关定律
热力学第零定律
热力学第零定律 中所说的 热力学系统 是指由大量分子、 原子 组成的物体或物体系。它为建立温度概念提供了实验基础。这个定律反映出：处在同一 热平衡 状态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观特征，这一特征是由这些互为热平衡系统的状态所决定的一个数值 相等 的状态函数，这个状态函数被定义为温度。而温度相等是 热平衡 之必要的条件。 温度是决定一个系统是否与其他系统处于热平衡的宏观标志，彼此处于热平衡的所有系统，必定具有相同的温度。反之，如果一个系统与其他系统未达到热平衡，它们必定具有不同的温度。
拉尔夫·福勒提出的 热力学第零定律 表述是：如果两个 热力学系统 中的每一个都与第三个热力学系统处于 热平衡 ，则它们彼此也处于热平衡。
乌伦贝克 （Uhlenbeck）提出的热力学第零定律是：任何热力学系统，必定趋近而达到热平衡态。
热力学第一定律
热力学第一定律 是能量转换与 守恒定律 在热现象上的应用，确定了 热能 和其他能量之间转换过程中的相互数量关系。
热力学第一定律可具体表达为：热可以变为功，功也可以变为热，两者之和维持守恒。一定数量的热消失时，必定产生与之数量完全 相等 的功；反之，消耗一定数量的功，也必定出现数量相同的热，即能量不可能凭空产生或消失。
热力学第二定律
热力学第二定律 是反映 自发过程 具有方向性与不可逆性这一规律的定律，其实质是指出了能量的品质属性。
热力学第二定律有过多种表述方法，常见有以下几种说法：
鲁道夫·克劳修斯 的说法：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
开尔文 的说法：不可能从单一热源吸取热量使之完全变为功而不引起其他变化。
克劳修斯和开尔文说法都指某一过程是“不可能”的，即指明某种自发过程的逆过程是不能自动进行的。克劳修斯的说法是指明 热传导 的不可逆性，实质是说明能量传递的方向性，指出了热量传递的必要条件；开尔文的说法是指明摩擦生热（功变热）的过程的不可逆性，实质是说明能量转换的方向性，指出了 热能 转换为 机械能 的条件，是 能量守恒定律 的补充，这两种说法对 自发过程 的认识实际上是等效的。
应用
物理领域
热力学第三定律开启了低温物理世界的大门 。19世纪末到20世纪中叶，科学家发现氦在超低温下，其密度、比热，粘滞性等都有突变，即具有超流动性。因此把它称为“ 超流体 ”。在研究金属、合金的电磁性质时，也发现物体在低温下的超导性。这些现象对进一步探索物质结构和 微观 世界运动规律有重大的意义。
超 导体 指在某一温度下 电阻 为零的导体。超导体不仅具有零电阻的特性，另一个重要特征是完全抗磁性。超导体一般工作在临界条件以内的合适温度、 磁场 和 电流密度 的区间。零场（或自场）下 超导 体对通过的电流呈现无阻状态的最高温度为临界温度 当通过超导体中的电流加大到某一定值时，超导态转变到正常态，超导体又重新出现电阻，这一特定电流称为临界电流 ，此时的电流密度为临界电流密度 。超导体处于外加磁场中，当磁场增加到某一特定值时，超导体会由超导态转变成正常态。破坏超导电性所需的最小磁场称为临界磁场 。
超导体 分为 第一类超导体 和 第二类超导体 。第一类超导体的界面能为正，只有一个临界 磁场 ，一般不超过 。第二类超导体的界面能为负，临界磁场较高。成分分布均匀、没有各种 晶体缺陷 的第二类超导体称为理想第二类超导体，反之则为非理想第二类超导体。
超 流体 是超低温下具有奇特性质的 理想流体 ，即流体内部完全没有黏滞。超流体所需温度比 超导 还低，它们都是超低温现象， 室温超导 违背自然规律，也是 永动机 式的幻想。氦有两种 同位素 ，即由2个 质子 和2个 中子 组成的氦4，和由2个质子和1个中子组成的氦3。液态氦4在冷却到2K以下时，开始出现超流体特征。
20世纪30年代末， 苏联 科学家 卡皮查 首先观测到液态氦4的超流体特性。他因此获得1978年 诺贝尔物理学奖 。这一现象很快被苏联科学家 列夫·达维多维奇·朗道 用凝聚态理论成功解释。不过，科学家直到20世纪70年代末才观测到氦3的 超流体 现象，因为使氦3出现超流体现象的温度只有氮4的千分之一。 爱因斯坦 预言 ， 原子 气体冷却到非常低的温度，所有原子会以最低能态凝聚，物质的这一状态就被称为 萨特延德拉·玻色 爱因斯坦凝聚。玻爱凝聚态物质就是超导体和超流体，它实际是半 量子态 ，在半量子态下， 费米子 像 玻色子 一样可以在狭小空间内大量凝聚。外地核就是玻爱凝聚态的超流体物质， 内地核 则由中微子构成，都是高密度、大质量形态。
化学领域
基于热力学第三定律的原理，科学家可以从“绝对熵”的概念和数据出发计算反应过程的熵变，进而计算焓与自由能的变化，从而计算出相关化学反应的 化学平衡 常数 ，实现了从热力学数据直接进行化学反应平衡常数的理论计算。将所得数据进行实际条件下的修正后，可用于近似估算实际化学反应和 化学工业 过程的化学反应平衡常数，从而使化学平衡理论和方法得到了富有实际价值的应用。
影响及意义
热力学第三定律与热力学第一、第二定律共同构筑了热力学整个逻辑基础的公理化原理体系。从 统计学 的观点来看，第三定律是物质微观运动的 量子力学 本性。热力学第三定律看似简单，但随着人们在低温领域的实践探索，其背后蕴藏的含义被不断发现。它不仅开启了低温世界的大门，还架设了联系低温和低熵的桥梁。