Termodynamika to dziedzina fizyki dotycząca wymiany energii cieplnej. Często jest rozumiany w kategoriach zbioru praw.
Prawo zerowe pomaga zdefiniowaćpojęcie temperatury, ponieważ ma to związek z równowagą termiczną między obiektami. Ciepło przepływa z materii cieplejszej do materii zimniejszej, a równowaga termiczna, czasami nazywana równowagą termodynamiczną, występuje, gdy nie ma przepływu netto ciepła. Dzieje się tak, gdy przedmioty mają tę samą temperaturę.
Jakie jest zerowe prawo termodynamiki?
Pierwotnie istniały trzy centralne prawa termodynamiki. Jednak naukowcy na początku XX wieku zdali sobie sprawę, że inne, bardziej podstawowe prawo jest konieczne, aby ich teorie były kompletne i poprawne. Ponieważ to prawo uznano za bardziej fundamentalne niż inne, nazywając je czwartym prawem termodynamika nie wydawała się odpowiednia, więc stworzono prawo zerowe, aby pokazać, że zastępuje ono wszystko inni.
Zerowa zasada termodynamiki mówi, że jeśli układ termiczny A jest w równowadze termicznej z układem termicznym B, a układ termiczny B jest w równowadze termicznej z układem termicznym C, to A musi być w równowadze termicznej z DO.
Nazywa się torelacja przechodnia, i jest również często spotykany w algebrze: Jeśli A = B i B = C, to A = C. Zerowa zasada termodynamiki reprezentuje tę koncepcję z temperaturą.
Znaczenie zerowego prawa termodynamiki
Teorie matematyczne często wymagają relacji zwanej relacją równoważności: sposobem na powiedzenie, czy dwie rzeczy są takie same, czy nie. Prawo zerowe jest relacją równoważności termodynamiki, ponieważ uwzględnia matematyczne pojęcie temperatury i dopuszcza istnienie termometrów fizycznych.
Kluczową koncepcją jest różnica między energią a temperaturą. Wiedza o tym, ile energii mają dwa pojedyncze obiekty, nie wystarczy, aby wiedzieć, w którą stronę popłynie ciepło po ich zetknięciu. To względne temperatury obu systemów określają kierunek przepływu ciepła.
Ale jak zmierzyć temperaturę? Zazwyczaj termometr to obiekt, który wykazuje znane i skalibrowane właściwości w zależności od jego temperatury. Na przykład rtęć zwiększa swoją objętość w dobrze zdefiniowany sposób, gdy się nagrzewa. Umieszczenie termometru w równowadze termicznej z obiektem, a następnie obserwowanie tych właściwości, takich jak stopień rozprężenia rtęci, jest sposobem pomiaru temperatury obiektu.
Znaczenie prawa zerowego można dostrzec, porównując temperatury dwóch obiektów. Jeśli termometr zostanie umieszczony w cieczy A, osiągnie on równowagę termiczną z tą cieczą i odczyta określoną temperaturę.
Jeśli termometr zostanie następnie umieszczony w cieczy B, osiągnie równowagę termiczną i odczyta dokładnie taką samą temperaturę, jak wtedy był w równowadze termicznej z cieczą A, prawo zerowe pozwala nam powiedzieć, że ciecz A i ciecz B są takie same temperatura.
Inne prawa termodynamiki
Pierwsza zasada termodynamiki mówi, że całkowita energia układu izolowanego wynosistały. Zmiana energii wewnętrznej systemu zawsze będzie dokładnie równa różnicy między ciepłem wprowadzonym do systemu a pracą, jaką system wykonuje w swoim otoczeniu.
Druga zasada termodynamiki mówi, żecałkowita entropiaizolowanego systemu nie może się z czasem zmniejszyć. Całkowita entropia systemu izolowanegoijego otoczenie może w niektórych idealnych przypadkach pozostać stałe, ale nigdy nie może się zmniejszyć.
Trzecia zasada termodynamiki mówi, że entropia izolowanego układu staje się stała, gdy jego temperatura zbliża się do zera absolutnego. Ta stała wartość entropii nie może zależeć od innych parametrów układu, takich jak jego objętość czy ciśnienie.