Термодинамиката е област на физиката, отнасяща се до трансферите на топлинна енергия. Често се разбира от гледна точка на набор от закони.
Нулевият закон помага да се определипонятие за температура, както е свързано с топлинното равновесие между обектите. Топлината преминава от по-гореща материя към по-студена материя и термичното равновесие, понякога наричано термодинамично равновесие, възниква, когато няма нетен поток от топлина. Това се случва, когато обектите са с еднаква температура.
Какъв е нулевият закон на термодинамиката?
Първоначално имаше три централни закона на термодинамиката. Въпреки това, учените в началото на 1900 г. осъзнават, че е необходим друг, по-основен закон, за да бъдат техните теории пълни и правилни. Тъй като този закон се смяташе за по-основен от останалите, наричайки го четвърти закон на термодинамиката не изглеждаше подходяща, затова беше направен нулевият закон, за да покаже, че замества всички останалите.
Нулевият закон на термодинамиката гласи, че ако топлинната система А е в топлинно равновесие с топлинна система В, и топлинната система В е в топлинно равновесие с топлинна система С, тогава А трябва да е в топлинно равновесие с ° С.
Това се нарича aпреходна връзка, и също често се среща в алгебра: Ако A = B и B = C, тогава A = C. Нулевият закон на термодинамиката представя тази концепция с температурата.
Значение на нулевия закон на термодинамиката
Математическите теории често изискват отношение, наречено отношение на еквивалентност: Начин да се каже дали две неща са еднакви или не. Нулевият закон е отношението на еквивалентност на термодинамиката, тъй като осигурява математическата концепция за температурата и позволява съществуването на физически термометри.
Ключова концепция е разликата между енергията и температурата. Знанието колко енергия имат два отделни обекта не е достатъчно, за да се знае по какъв начин ще тече топлина, когато те са в контакт. Именно относителните температури на двете системи определят посоката на топлинния поток.
Но как може да се измери температурата? Обикновено термометърът е обект, който проявява известни и калибрирани свойства в зависимост от неговата температура. Например, живакът се разширява в обем по точно определен начин, докато се нагрява. Поставянето на термометъра в термично равновесие с обект и след това наблюдение на тези свойства, като например колко се е разширил живакът, е начин за измерване на температурата на обекта.
Важността на нулевия закон може да се види при опит за сравняване на температурите на два обекта. Ако термометърът се постави в течност А, той се намира в топлинно равновесие с тази течност и отчита определена температура.
Ако този термометър се постави в течност В, достигне топлинно равновесие и отчита точно същата температура, както при е бил в топлинно равновесие с течност А, нулевият закон е това, което ни позволява да кажем, че течността А и течността В са еднакви температура.
Други закони на термодинамиката
Първият закон на термодинамиката гласи, че общата енергия на изолирана система епостоянна. Промяната във вътрешната енергия на системата винаги ще бъде точно равна на разликата между топлината, вложена в системата, и работата, която системата извършва върху околната среда.
Вторият закон на термодинамиката гласи, четотална ентропияна изолирана система никога не може да намалее с времето. Пълната ентропия на изолираната системаизаобикалящата го среда може да остане постоянна в някои идеални случаи, но никога не може да намалее.
Третият закон на термодинамиката гласи, че ентропията на изолирана система става постоянна, когато нейната температура се приближава до абсолютната нула. Тази постоянна стойност на ентропията не може да зависи от други параметри на системата, като нейния обем или налягане.