Термодинамика - это область физики, касающаяся передачи тепловой энергии. Часто это понимают как набор законов.
Нулевой закон помогает определитьпонятие температуры, как это имеет отношение к тепловому равновесию между объектами. Тепло течет от более горячего вещества к более холодному, и тепловое равновесие, иногда называемое термодинамическим равновесием, возникает, когда нет чистого потока тепла. Это происходит, когда объекты имеют одинаковую температуру.
Что такое нулевой закон термодинамики?
Первоначально существовало три основных закона термодинамики. Однако ученые в начале 1900-х годов осознали, что для того, чтобы их теории были полными и правильными, необходим другой, более основной закон. Поскольку этот закон считался более фундаментальным, чем другие, называя его четвертым законом термодинамика не казалась подходящей, поэтому был сделан нулевой закон, чтобы показать, что он заменяет все другие.
Нулевой закон термодинамики гласит, что если тепловая система A находится в тепловом равновесии с тепловой системой B, и тепловая система B находится в тепловом равновесии с тепловой системой C, тогда A должна находиться в тепловом равновесии с С.
Это называетсяпереходное отношение, и также часто встречается в алгебре: если A = B и B = C, то A = C. Нулевой закон термодинамики представляет это понятие с температурой.
Значение нулевого закона термодинамики
Математические теории часто требуют отношения, называемого отношением эквивалентности: способ сказать, являются ли две вещи одинаковыми или нет. Нулевой закон является отношением эквивалентности термодинамики, поскольку он обеспечивает математическое понятие температуры и допускает существование физических термометров.
Ключевым понятием является разница между энергией и температурой. Зная, сколько энергии имеют два отдельных объекта, недостаточно, чтобы знать, в каком направлении будет течь тепло, когда они будут соприкасаться. Относительные температуры двух систем определяют направление теплового потока.
Но как измерить температуру? Обычно термометр - это объект, который демонстрирует известные и откалиброванные свойства в зависимости от его температуры. Например, ртуть четко определенным образом расширяется в объеме при нагревании. Приведение термометра в тепловое равновесие с объектом и последующее наблюдение этих свойств, таких как степень расширения ртути, - это способ измерить температуру объекта.
Важность нулевого закона можно увидеть при попытке сравнить температуры двух объектов. Если термометр помещен в жидкость A, он приходит в тепловое равновесие с этой жидкостью и показывает определенную температуру.
Если этот термометр затем поместить в жидкость B, он достигнет теплового равновесия и покажет ту же температуру, что и при находился в тепловом равновесии с жидкостью A, нулевой закон - это то, что позволяет нам сказать, что жидкость A и жидкость B - одно и то же температура.
Другие законы термодинамики
Первый закон термодинамики гласит, что полная энергия изолированной системы равнапостоянный. Изменение внутренней энергии системы всегда будет в точности равным разнице между теплом, подводимым к системе, и работой, которую система выполняет в окружающей среде.
Второй закон термодинамики гласит, чтополная энтропияизолированной системы никогда не может уменьшиться со временем. Полная энтропия изолированной системыа такжев некоторых идеальных случаях его окружение может оставаться постоянным, но никогда не может уменьшаться.
Третий закон термодинамики гласит, что энтропия изолированной системы становится постоянной, когда ее температура приближается к абсолютному нулю. Это постоянное значение энтропии не может зависеть от каких-либо других параметров системы, таких как ее объем или давление.