A treia lege a termodinamicii
În 1905 Nernst a fost numit profesor și director al celui de-al doilea Institut chimic de la Universitatea din Berlin și membru permanent al Academiei prusace de științe. Anul următor și-a anunțat teorema căldurii sau a treia lege a termodinamicii. Pur și simplu, legea postulează că entropia (energia indisponibilă pentru a efectua munca și o măsură a tulburării moleculare) a oricărui sistem închis tinde la zero pe măsură ce temperatura sa se apropie de zero absolut (-273.15 CTF, sau -459,67 CTF). În termeni practici, această teoremă implică imposibilitatea atingerii zero absolut, deoarece pe măsură ce un sistem se apropie de zero absolut, extragerea ulterioară a energiei din acel sistem devine din ce în ce mai dificilă. Știința modernă a atins temperaturi mai mici de o miliardime de grad peste zero absolut, dar zero absolut în sine nu poate fi atins niciodată.calculul echilibrelor chimice din măsurătorile termice (cum ar fi încălzirile de reacție, încălzirile specifice și coeficienții lor termici) a fost un obiectiv evaziv pentru mulți dintre predecesorii lui Nernst. Se spera că direcția unei reacții chimice și condițiile în care se atinge echilibrul ar putea fi calculate numai pe baza primelor două legi ale termodinamicii și măsurătorilor termice. Aceste calcule au fost împiedicată, cu toate acestea, prin nedeterminată integrarea constantă J, care a obținut atunci când integrarea Gibbs-Helmholtz ecuația privind energia liberă schimba ΔF la conținutul de căldură schimba ΔH și a variatiei entropiei ΔS, ΔF = ΔH − TΔS.
marea realizare a Nernst a fost de a recunoaște comportamentul special al CENTIMETRELOR de temperatură în vecinătatea zero absolut. Din datele empirice, Nernst a emis ipoteza că, pe măsură ce se apropie de zero absolut, cele două curbe F și H devin asimptotic tangente una față de cealaltă—adică în vecinătatea zero absolut, 0 (diferența se apropie de zero). Din această formă a ecuației Gibbs-Helmholtz, a fost posibilă calcularea constantei de integrare pe baza măsurătorilor calorimetrice efectuate în laborator.
inițial, teorema căldurii lui Nernst se aplica strict numai fazelor condensate, cum ar fi solidele. Cu toate acestea, Nernst a continuat să extrapoleze validitatea teoremei sale la sistemele gazoase. În acest scop, el a început o serie de experimente dificile și consumatoare de timp la temperaturi scăzute, unde substanțele gazoase ar putea fi considerate a fi într-o fază condensată. Între 1905 și 1914, Nernst și numeroșii săi studenți și colaboratori din Berlin au proiectat o serie de instrumente ingenioase, cum ar fi un lichefiant de hidrogen, termometre și calorimetre. Acestea au fost utilizate pentru determinarea căldurilor specifice pentru o serie de substanțe. Într-o lucrare publicată în 1907, Albert Einstein a arătat că noua teorie a mecanicii cuantice, dezvoltată inițial de fizicianul teoretic german Max Planck în 1900, prezice că, în vecinătatea temperaturii zero absolute, încălzirile specifice ale tuturor solidelor tind spre zero absolut. Astfel, teorema căldurii lui Nernst și rezultatele sale empirice au întărit teoria cuantică revoluționară; în schimb, Nernst a simțit că opera lui Einstein și a lui Planck a confirmat W-ul său și a stabilit-o, teoretic, ca o nouă, a treia lege a termodinamicii, în ciuda faptului că nu putea fi dedusă din celelalte două legi. Drept urmare, Nernst a devenit unul dintre primii susținători din toată inima ai lui Einstein și ai mecanicii cuantice. În special, Nernst a avut un rol esențial în organizarea primului Congres Solvay în fizică, desfășurat la Bruxelles în noiembrie 1911, care a fost dedicat unei evaluări aprofundate a noii ipoteze cuantice de către un grup de fizicieni europeni de frunte.