La thermodynamique est un domaine de la physique concernant les transferts d'énergie thermique. Il est souvent compris en termes d'un ensemble de lois.
La loi zéro aide à définir lenotion de température, car il s'agit de l'équilibre thermique entre les objets. La chaleur circule de la matière plus chaude vers la matière plus froide, et l'équilibre thermique, parfois appelé équilibre thermodynamique, se produit lorsqu'il n'y a pas de flux net de chaleur. Cela se produit lorsque les objets sont à la même température.
Qu'est-ce que la loi zéro de la thermodynamique ?
Il y avait à l'origine trois lois centrales de la thermodynamique. Cependant, les scientifiques du début des années 1900 ont réalisé qu'une autre loi plus fondamentale était nécessaire pour que leurs théories soient complètes et correctes. Parce que cette loi était considérée comme plus fondamentale que les autres, l'appelant la quatrième loi de la thermodynamique ne semblait pas appropriée, alors il a été fait la loi zéro pour montrer qu'elle remplace tout les autres.
La loi zéro de la thermodynamique stipule que si le système thermique A est en équilibre thermique avec le système thermique B, et le système thermique B est en équilibre thermique avec le système thermique C, alors A doit être en équilibre thermique avec C.
C'est ce qu'on appelle unrelation transitive, et est aussi couramment observé en algèbre: Si A = B et B = C, alors A = C. La loi zéro de la thermodynamique représente ce concept avec la température.
Signification de la loi zéro de la thermodynamique
Les théories mathématiques nécessitent souvent une relation appelée relation d'équivalence: une façon de dire si deux choses sont identiques ou non. La loi zéro est la relation d'équivalence de la thermodynamique car elle fournit le concept mathématique de température et permet l'existence de thermomètres physiques.
Un concept clé est la différence entre l'énergie et la température. Connaître la quantité d'énergie de deux objets individuels ne suffit pas pour savoir dans quel sens la chaleur s'écoulera lorsqu'ils seront mis en contact. Ce sont les températures relatives des deux systèmes qui déterminent la direction du flux de chaleur.
Mais comment mesurer la température? Typiquement, un thermomètre est un objet qui présente des propriétés connues et calibrées en fonction de sa température. Par exemple, le mercure se dilate en volume d'une manière bien définie lorsqu'il se réchauffe. Mettre le thermomètre en équilibre thermique avec un objet, puis observer ces propriétés, telles que l'expansion du mercure, est un moyen de mesurer la température d'un objet.
L'importance de la loi zéro peut être vu en essayant de comparer les températures de deux objets. Si un thermomètre est placé dans le liquide A, il devient en équilibre thermique avec ce liquide et lit une certaine température.
Si ce thermomètre est ensuite placé dans le liquide B, atteint l'équilibre thermique et lit exactement la même température que lorsqu'il était en équilibre thermique avec le liquide A, la loi zéro est ce qui nous permet de dire que le liquide A et le liquide B sont les mêmes Température.
Autres lois de la thermodynamique
La première loi de la thermodynamique stipule que l'énergie totale d'un système isolé estconstant. La variation de l'énergie interne du système sera toujours exactement égale à la différence entre la chaleur injectée dans le système et le travail que le système effectue sur son environnement.
La deuxième loi de la thermodynamique stipule que leentropie totaled'un système isolé ne peut jamais diminuer avec le temps. L'entropie totale du système isoléetson environnement peut rester constant dans certains cas idéaux, mais il ne peut jamais diminuer.
La troisième loi de la thermodynamique stipule que l'entropie d'un système isolé devient constante lorsque sa température approche du zéro absolu. Cette valeur constante d'entropie ne peut dépendre d'aucun autre paramètre du système, comme son volume ou sa pression.