Termodinamica este un domeniu al fizicii referitor la transferurile de energie termică. Este adesea înțeles în termenii unui set de legi.
Legea zero contribuie la definireaconceptul de temperatură, așa cum are de-a face cu echilibrul termic dintre obiecte. Căldura curge de la materia mai fierbinte la materia mai rece, iar echilibrul termic, uneori numit echilibru termodinamic, apare atunci când nu există un flux net de căldură. Acest lucru se întâmplă atunci când obiectele sunt la aceeași temperatură.
Ce este legea Zeroth a termodinamicii?
Au existat inițial trei legi centrale ale termodinamicii. Cu toate acestea, oamenii de știință de la începutul anilor 1900 au realizat că o altă lege mai de bază era necesară pentru ca teoriile lor să fie complete și corecte. Pentru că această lege a fost considerată mai fundamentală decât celelalte, numind-o a patra lege a termodinamica nu părea adecvată, așa că a fost făcută legea zero pentru a arăta că înlocuiește toate ceilalti.
Legea zero a termodinamicii afirmă că dacă sistemul termic A este în echilibru termic cu sistemul termic B, iar sistemul termic B este în echilibru termic cu sistemul termic C, atunci A trebuie să fie în echilibru termic cu C.
Aceasta se numește arelație tranzitivă, și este, de asemenea, frecvent văzut în algebră: Dacă A = B și B = C, atunci A = C. Legea zero a termodinamicii reprezintă acest concept cu temperatura.
Semnificația legii Zeroth a termodinamicii
Teoriile matematice necesită adesea o relație numită relație de echivalență: un mod de a spune dacă două lucruri sunt sau nu aceleași. Legea zero este relația de echivalență a termodinamicii, deoarece prevede conceptul matematic de temperatură și permite existența termometrelor fizice.
Un concept cheie este diferența dintre energie și temperatură. Știind câtă energie au două obiecte individuale nu este suficient pentru a ști în ce direcție va curge căldura atunci când vor fi puse în contact. Temperaturile relative ale celor două sisteme determină direcția fluxului de căldură.
Dar cum poate fi măsurată temperatura? De obicei, un termometru este un obiect care prezintă proprietăți cunoscute și calibrate în funcție de temperatura acestuia. De exemplu, mercurul se extinde în volum într-un mod bine definit pe măsură ce se încălzește. Punerea termometrului în echilibru termic cu un obiect și apoi observarea acelor proprietăți, cum ar fi cât de mult s-a extins mercurul, este o modalitate de a măsura temperatura unui obiect.
Importanța legii zero poate fi văzută atunci când se încearcă compararea temperaturilor a două obiecte. Dacă un termometru este plasat în lichidul A, acesta devine în echilibru termic cu acel lichid și citește o anumită temperatură.
Dacă acel termometru este plasat în lichidul B, atinge echilibrul termic și citește exact aceeași temperatură ca atunci când a făcut-o a fost în echilibru termic cu lichidul A, legea zero este ceea ce ne permite să spunem că lichidul A și lichidul B sunt aceleași temperatura.
Alte legi ale termodinamicii
Prima lege a termodinamicii afirmă că energia totală a unui sistem izolat esteconstant. Schimbarea energiei interne a sistemului va fi întotdeauna exact egală cu diferența dintre căldura pusă în sistem și munca pe care sistemul o face asupra mediului său.
A doua lege a termodinamicii afirmă căentropie totalăa unui sistem izolat nu poate scădea niciodată în timp. Entropia totală a sistemului izolatșiîmprejurimile sale pot rămâne constante în unele cazuri ideale, dar nu pot scădea niciodată.
A treia lege a termodinamicii afirmă că entropia unui sistem izolat devine constantă pe măsură ce temperatura sa se apropie de zero absolut. Această valoare constantă a entropiei nu poate depinde de alți parametri ai sistemului, cum ar fi volumul sau presiunea acestuia.