熱力学のゼロ法則：定義、式、例

熱力学は、熱エネルギーの伝達に関する物理学の分野です。 多くの場合、一連の法律の観点から理解されます。

熱力学第零法則は、温度の概念、オブジェクト間の熱平衡に関係しているため。 熱は高温の物質から低温の物質に流れ、熱力学的平衡と呼ばれることもある熱平衡は、正味の熱の流れがないときに発生します。 これは、オブジェクトが同じ温度にある場合に発生します。

もともと熱力学の3つの中心的な法則がありました。 しかし、1900年代初頭の科学者たちは、理論が完全で正しいためには、別のより基本的な法則が必要であることに気づきました。 この法則は他の法則よりも基本的であると考えられていたため、 熱力学は適切ではないように思われたので、それがすべてに取って代わることを示すために熱力学第零法則になりました 他人。

熱力学の第0法則は、熱システムAが熱システムBと熱平衡にある場合、 熱システムBが熱システムCと熱平衡にある場合、Aは熱システムCと熱平衡にある必要があります。 C。

これはと呼ばれます推移的な関係、および代数でも一般的に見られます。A= BおよびB = Cの場合、A = Cです。 熱力学の第0法則は、この概念を温度で表しています。

数学的理論はしばしば同値関係と呼ばれる関係を必要とします：2つのものが同じであるかどうかを言う方法。 熱力学の第0法則は、温度の数学的概念を提供し、物理的な温度計の存在を可能にするため、熱力学の同値関係です。

重要な概念は、エネルギーと温度の違いです。 2つの個々のオブジェクトがどれだけのエネルギーを持っているかを知ることは、それらが接触したときに熱がどちらの方向に流れるかを知るのに十分ではありません。 熱の流れの方向を決定するのは、2つのシステムの相対温度です。

しかし、どのように温度を測定することができますか？ 通常、温度計は、その温度に応じて既知の校正済みの特性を示すオブジェクトです。 たとえば、水銀は、加熱されると明確に定義された方法で体積が膨張します。 温度計を物体と熱平衡状態にしてから、水銀がどれだけ膨張したかなどの特性を観察することは、物体の温度を測定する方法です。

2つの物体の温度を比較しようとすると、熱力学第零法則の重要性がわかります。 温度計を液体Aに入れると、その液体と熱平衡状態になり、特定の温度を読み取ります。

次に、その温度計を液体Bに入れると、熱平衡に達し、そのときとまったく同じ温度を読み取ります。 液体Aと熱平衡にあった場合、第0法則により、液体Aと液体Bは同じであると言えます。 温度。

熱力学の第1法則では、孤立系の総エネルギーは次のようになります。絶え間ない. システムの内部エネルギーの変化は、システムに投入された熱とシステムが環境に対して行う作業との差に常に正確に等しくなります。

熱力学の第二法則は、総エントロピー孤立したシステムのは、時間の経過とともに減少することはありません。 孤立系の総エントロピーそしてその周囲は、いくつかの理想的なケースでは一定のままである可​​能性がありますが、決して減少することはありません。

熱力学の第3法則は、孤立したシステムのエントロピーは、その温度が絶対零度に近づくにつれて一定になると述べています。 このエントロピーの定数値は、体積や圧力など、システムの他のパラメーターに依存することはできません。