ნულოვანი თერმოდინამიკის კანონი: განმარტება, ფორმულა და მაგალითები

თერმოდინამიკა არის ფიზიკის ის სფერო, რომელიც ეხება სითბოს ენერგიის გადაცემას. მას ხშირად ესმით კანონების ერთობლიობა.

ნულის კანონი განსაზღვრავსტემპერატურის კონცეფცია, როგორც ეს უკავშირდება ობიექტებს შორის თერმული წონასწორობას. სითბო მიედინება უფრო ცხელი ნივთიერებიდან უფრო ცივ ნივთიერებამდე და თერმული წონასწორობა, რომელსაც ზოგჯერ თერმოდინამიკურ წონასწორობას უწოდებენ, ხდება მაშინ, როდესაც არ ხდება სითბოს წმინდა ნაკადი. ეს ხდება მაშინ, როდესაც ობიექტები იმავე ტემპერატურაზე არიან.

თავიდან თერმოდინამიკის სამი ცენტრალური კანონი არსებობდა. ამასთან, 1900-იანი წლების დასაწყისში მეცნიერებმა გააცნობიერეს, რომ მათი თეორიების სრული და სწორი არსებობისთვის კიდევ ერთი, უფრო ძირითადი კანონი იყო საჭირო. რადგან ეს კანონი სხვებზე მეტად ფუნდამენტურად ითვლებოდა და მას მეოთხე კანონის უწოდებდა თერმოდინამიკა არ ჩანდა მიზანშეწონილი, ამიტომ შეიქმნა ნულოვანი კანონი იმის დასამტკიცებლად, რომ იგი ყველასაზე მეტია სხვები.

თერმოდინამიკის ნულოვანი კანონი აცხადებს, რომ თუ თერმული სისტემა A თერმული წონასწორობაშია თერმული სისტემის B– სთან, და თერმული სისტემა B არის თერმული წონასწორობა თერმული სისტემის C– სთან, მაშინ A უნდა იყოს თერმული წონასწორობა გ.

ამას ეწოდება ატრანზიტული მიმართება, და ასევე ხშირად გვხვდება ალგებრაში: თუ A = B და B = C, მაშინ A = C თერმოდინამიკის ნულოვანი კანონი წარმოადგენს ამ კონცეფციას ტემპერატურის მიხედვით.

მათემატიკური თეორიები ხშირად საჭიროებს ურთიერთკავშირს, რომელსაც ეკვივალენტურობის მიმართება ჰქვია: იმის თქმის გზა, არის თუ არა ორი რამ ერთნაირი. ნულოვანი კანონი თერმოდინამიკის ეკვივალენტობის მიმართებაა, რადგან ის ითვალისწინებს მათემატიკური ტემპერატურის კონცეფციას და იძლევა ფიზიკური თერმომეტრის არსებობას.

ძირითადი კონცეფციაა განსხვავება ენერგიასა და ტემპერატურას შორის. იმის ცოდნა, თუ რამდენი ენერგია აქვს ორ ინდივიდუალურ ობიექტს, არ არის საკმარისი იმის ცოდნა, თუ რომელი გზით შემოვა სითბო, როდესაც ისინი დაუკავშირდებიან. ეს არის ორი სისტემის ფარდობითი ტემპერატურა, რომელიც განსაზღვრავს სითბოს ნაკადის მიმართულებას.

მაგრამ როგორ შეიძლება ტემპერატურის გაზომვა? როგორც წესი, თერმომეტრი არის ობიექტი, რომელიც გამოხატავს ცნობილ და დაკალიბრებულ თვისებებს, მისი ტემპერატურის შესაბამისად. მაგალითად, მერკური ფართოვდება მოცულობით კარგად განსაზღვრული მეთოდით, როდესაც ის გახურდება. თერმომეტრის დაყენება ობიექტთან თერმული წონასწორობით და შემდეგ ამ თვისებების დაკვირვება, მაგალითად, რამდენად არის გაფართოებული ვერცხლისწყალი, არის ობიექტის ტემპერატურის გაზომვის მეთოდი.

ნულოვანი კანონის მნიშვნელობა ჩანს ორი ობიექტის ტემპერატურის შედარების მცდელობისას. თუ თერმომეტრი მოთავსებულია A სითხეში, ის ხდება თერმულ წონასწორობაში ამ სითხეში და კითხულობს გარკვეულ ტემპერატურას.

თუ ეს თერმომეტრი მოთავსებულია სითხეში B, მიაღწევს თერმული წონასწორობას და ზუსტად იმავე ტემპერატურას კითხულობს, როგორც ეს თერმული წონასწორობა იყო თხევადი A– სთან, ნულოვანი კანონი არის ის, რაც საშუალებას გვაძლევს ვთქვათ, რომ A და B სითხე იგივეა ტემპერატურა

თერმოდინამიკის პირველი კანონი ამბობს, რომ იზოლირებული სისტემის მთლიანი ენერგია არისმუდმივი. სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება ყოველთვის ზუსტად გაუტოლდება სხვაობას სისტემაში შეტანილ სითბოს და სისტემის მიერ მის გარემოზე შესრულებულ სამუშაოს შორის.

თერმოდინამიკის მეორე კანონი ამბობს, რომტოტალური ენტროპიადროთა განმავლობაში იზოლირებული სისტემა ვერასოდეს შემცირდება. იზოლირებული სისტემის მთლიანი ენტროპიადამის შემოგარენში შეიძლება დარჩეს მუდმივი ზოგიერთ იდეალურ შემთხვევაში, მაგრამ ის ვერასოდეს შემცირდება.

თერმოდინამიკის მესამე კანონი ამბობს, რომ იზოლირებული სისტემის ენტროპია მუდმივი ხდება, რადგან მისი ტემპერატურა აბსოლუტურ ნულს უახლოვდება. ენტროპიის ეს მუდმივი მნიშვნელობა არ შეიძლება იყოს დამოკიდებული სისტემის სხვა პარამეტრებზე, მაგალითად მის მოცულობაზე ან წნევაზე.