Termodynamik er et fysikområde vedrørende overførsel af varmeenergi. Det forstås ofte i form af et sæt love.
Nullen lov hjælper med at definerebegrebet temperatur, da det har at gøre med termisk ligevægt mellem objekter. Varme strømmer fra varmere stof til koldere stof, og termisk ligevægt, undertiden kaldet termodynamisk ligevægt, opstår, når der ikke er nogen nettostrøm af varme. Dette sker, når objekterne har samme temperatur.
Hvad er Zeroth-loven om termodynamik?
Der var oprindeligt tre centrale termodynamiske love. Forskere i begyndelsen af 1900'erne indså imidlertid, at en anden mere grundlæggende lov var nødvendig for at deres teorier kunne være komplette og korrekte. Fordi denne lov blev betragtet som mere grundlæggende end de andre, kaldte den den fjerde lov af termodynamik så ikke ud til at være passende, så det blev gjort til nul-loven for at vise, at den erstatter alle de andre.
Den nul lov af termodynamik siger, at hvis termisk system A er i termisk ligevægt med termisk system B, og termisk system B er i termisk ligevægt med termisk system C, så skal A være i termisk ligevægt med C.
Dette kaldes entransitivt forhold, og ses også almindeligt i algebra: Hvis A = B og B = C, så er A = C. Termodynamikens nul lov repræsenterer dette koncept med temperatur.
Betydningen af Zeroth-loven om termodynamik
Matematiske teorier kræver ofte en relation kaldet en ækvivalensrelation: En måde at sige, om to ting er ens eller ikke. Nul-loven er ækvivalensforholdet mellem termodynamik, fordi den giver det matematiske temperaturbegreb og muliggør eksistensen af fysiske termometre.
Et nøglebegreb er forskellen mellem energi og temperatur. At vide, hvor meget energi to individuelle objekter har, er ikke nok til at vide, hvilken vej varme strømmer, når de kommer i kontakt. Det er de relative temperaturer i de to systemer, der bestemmer retningen for varmestrømmen.
Men hvordan kan temperatur måles? Typisk er et termometer et objekt, der udviser kendte og kalibrerede egenskaber afhængigt af dets temperatur. For eksempel ekspanderer kviksølv i volumen på en veldefineret måde, når det opvarmes. At sætte termometeret i termisk ligevægt med et objekt og derefter observere disse egenskaber, såsom hvor meget kviksølv har ekspanderet, er en måde at måle temperaturen på et objekt på.
Betydningen af nul-loven kan ses, når man prøver at sammenligne temperaturen på to objekter. Hvis et termometer placeres i væske A, bliver det i termisk ligevægt med væsken og læser en bestemt temperatur.
Hvis dette termometer derefter placeres i væske B, når den termiske ligevægt og læser den nøjagtige samme temperatur som den gjorde, da den var i termisk ligevægt med væske A, nul loven er det, der tillader os at sige, at væske A og væske B er de samme temperatur.
Andre love om termodynamik
Den første lov om termodynamik siger, at den samlede energi i et isoleret system erkonstant. Ændringen i systemets interne energi vil altid være nøjagtig forskellen mellem varmen, der er lagt i systemet, og det arbejde, systemet udfører på dets miljø.
Den anden lov om termodynamik siger, attotal entropiaf et isoleret system kan aldrig falde over tid. Den samlede entropi af det isolerede systemogdets omgivelser kan forblive konstante i nogle ideelle tilfælde, men det kan aldrig falde.
Den tredje lov om termodynamik siger, at entropien i et isoleret system bliver konstant, når dets temperatur nærmer sig absolut nul. Denne konstante entropiværdi kan ikke afhænge af andre parametre i systemet som dets volumen eller tryk.