La termodinamica è un'area della fisica relativa ai trasferimenti di energia termica. È spesso inteso in termini di un insieme di leggi.
La legge zero aiuta a definire ilconcetto di temperatura, poiché ha a che fare con l'equilibrio termico tra gli oggetti. Il calore scorre dalla materia più calda alla materia più fredda e l'equilibrio termico, a volte chiamato equilibrio termodinamico, si verifica quando non c'è flusso netto di calore. Ciò si verifica quando gli oggetti sono alla stessa temperatura.
Qual è la legge zero della termodinamica?
In origine c'erano tre leggi centrali della termodinamica. Tuttavia, gli scienziati all'inizio del 1900 si resero conto che era necessaria un'altra legge più basilare perché le loro teorie fossero complete e corrette. Perché questa legge era considerata più fondamentale delle altre, chiamandola la quarta legge della la termodinamica non sembrava appropriata, quindi è stata fatta la legge zero per dimostrare che sostituisce tutto gli altri.
La legge zero della termodinamica afferma che se il sistema termico A è in equilibrio termico con il sistema termico B, e il sistema termico B è in equilibrio termico con il sistema termico C, allora A deve essere in equilibrio termico con c.
Questo si chiama arelazione transitiva, ed è anche comunemente visto in algebra: se A = B e B = C, allora A = C. La legge zero della termodinamica rappresenta questo concetto con la temperatura.
Significato della legge zero della termodinamica
Le teorie matematiche spesso necessitano di una relazione chiamata relazione di equivalenza: un modo per dire se due cose sono uguali o no. La legge zero è la relazione di equivalenza della termodinamica perché prevede il concetto matematico di temperatura e consente l'esistenza di termometri fisici.
Un concetto chiave è la differenza tra energia e temperatura. Sapere quanta energia hanno due singoli oggetti non è sufficiente per sapere in che direzione scorrerà il calore quando vengono messi a contatto. Sono le temperature relative dei due sistemi che determinano la direzione del flusso di calore.
Ma come si misura la temperatura? Tipicamente, un termometro è un oggetto che esibisce proprietà note e calibrate a seconda della sua temperatura. Ad esempio, il mercurio si espande di volume in modo ben definito mentre si riscalda. Mettere il termometro in equilibrio termico con un oggetto e poi osservare quelle proprietà, come quanto si è espanso il mercurio, è un modo per misurare la temperatura di un oggetto.
L'importanza della legge zero può essere vista quando si cerca di confrontare le temperature di due oggetti. Se un termometro viene posto nel liquido A, diventa in equilibrio termico con quel liquido e legge una certa temperatura.
Se quel termometro viene poi posto nel liquido B, raggiunge l'equilibrio termico e legge esattamente la stessa temperatura di quando lo faceva era in equilibrio termico con il liquido A, la legge zero è ciò che ci permette di dire che il liquido A e il liquido B sono uguali temperatura.
Altre leggi della termodinamica
La prima legge della termodinamica afferma che l'energia totale di un sistema isolato ècostante. La variazione dell'energia interna del sistema sarà sempre esattamente uguale alla differenza tra il calore immesso nel sistema e il lavoro che il sistema fa sul suo ambiente.
La seconda legge della termodinamica afferma che ilentropia totaledi un sistema isolato non può mai diminuire nel tempo. L'entropia totale del sistema isolatoel'ambiente circostante può rimanere costante in alcuni casi ideali, ma non può mai diminuire.
La terza legge della termodinamica afferma che l'entropia di un sistema isolato diventa costante quando la sua temperatura si avvicina allo zero assoluto. Questo valore costante di entropia non può dipendere da nessun altro parametro del sistema, come il suo volume o la sua pressione.