Termodünaamika on füüsika valdkond, mis hõlmab soojusenergia ülekandeid. Sageli mõistetakse seda seaduste kogumi mõistes.
Nullseadus aitab määratledatemperatuuri mõiste, nagu see on seotud objektide vahelise termilise tasakaaluga. Soojus voolab kuumast ainest külmemasse ja termiline tasakaal, mida mõnikord nimetatakse termodünaamiliseks tasakaaluks, tekib siis, kui soojuse netovoog puudub. See juhtub siis, kui objektid on samal temperatuuril.
Mis on termodünaamika Zerothi seadus?
Algselt oli termodünaamikas kolm keskset seadust. Kuid 1900-ndate aastate alguses teadlased mõistsid, et nende teooriate täielikuks ja õigeks muutmiseks on vaja veel ühte põhiseadust. Kuna seda seadust peeti teistest fundamentaalsemaks, nimetades seda neljandaks seaduseks termodünaamika ei tundunud kohane, seetõttu tehti nullist seaduseks, et näidata, et see asendab kõiki teised.
Termodünaamika nullseadus ütleb, et kui termosüsteem A on termilise tasakaaluga B termilise tasemega, ja termosüsteem B on termilises tasakaalus termosüsteemiga C, siis A peab olema termilises tasakaalus C.
Seda nimetatakse atransitiivne suhe, ja seda nähakse tavaliselt ka algebras: kui A = B ja B = C, siis A = C. Termodünaamika nullseadus esindab seda mõistet koos temperatuuriga.
Termodünaamika Zerothi seaduse tähendus
Matemaatilised teooriad nõuavad sageli suhet, mida nimetatakse samaväärsussuhteks: viis öelda, kas kaks asja on samad või mitte. Nullseadus on termodünaamika samaväärsussuhe, kuna see näeb ette temperatuuri matemaatilise kontseptsiooni ja võimaldab füüsikaliste termomeetrite olemasolu.
Põhimõiste on energia ja temperatuuri erinevus. Teadmine, kui palju energiat on kahel üksikul objektil, ei ole piisav, et teada saada, millisel viisil soojus nende kokkupuutel voolab. Soojusvoo suuna määravad kahe süsteemi suhtelised temperatuurid.
Kuid kuidas saab temperatuuri mõõta? Tavaliselt on termomeeter objekt, millel on temperatuuri järgi teadaolevad ja kalibreeritud omadused. Näiteks laieneb elavhõbe kuumusega täpselt määratletud viisil. Termomeetri seadmine esemega termilisse tasakaalu ja seejärel nende omaduste, näiteks elavhõbeda laienemise jälgimine on viis objekti temperatuuri mõõtmiseks.
Nullseaduse olulisust saab näha kahe objekti temperatuuri võrdlemisel. Kui termomeeter asetatakse vedelikku A, muutub see selle vedelikuga termilises tasakaalus ja loeb teatud temperatuuri.
Kui see termomeeter asetatakse vedelasse B, saavutab see termilise tasakaalu ja loeb täpselt sama temperatuuri nagu siis, kui see oli oli vedeliku A-ga termilises tasakaalus, nullseadus lubab meil öelda, et vedelik A ja vedelik B on samad temperatuur.
Muud termodünaamika seadused
Termodünaamika esimene seadus ütleb, et isoleeritud süsteemi koguenergia onpidev. Süsteemi siseenergia muutus võrdub alati täpselt süsteemi sisestatud soojuse ja süsteemi keskkonnaga tehtud töö erinevusega.
Termodünaamika teine seadus ütleb, ettäielik entroopiaisoleeritud süsteemi väärtus ei saa aja jooksul kunagi väheneda. Isoleeritud süsteemi totaalne entroopiajaselle ümbrus võib mõnel ideaalsel juhul jääda konstantseks, kuid ei saa kunagi väheneda.
Termodünaamika kolmas seadus ütleb, et isoleeritud süsteemi entroopia muutub konstantseks, kui selle temperatuur läheneb absoluutsele nullile. See entroopia püsiväärtus ei saa sõltuda muudest süsteemi parameetritest, nagu selle maht või rõhk.