Termodinamika je področje fizike, ki se nanaša na prenose toplotne energije. Pogosto ga razumemo v smislu sklopa zakonov.
Nulti zakon pomaga opredelitikoncept temperature, kot je povezano s toplotnim ravnovesjem med predmeti. Toplota prehaja iz bolj vroče snovi v hladnejšo snov, termično ravnovesje, včasih imenovano tudi termodinamično ravnotežje, pa nastopi, ko ni neto pretoka toplote. To se zgodi, ko so predmeti enake temperature.
Kaj je ničli zakon termodinamike?
Prvotno so obstajali trije osrednji zakoni termodinamike. Vendar pa so znanstveniki v začetku 19. stoletja spoznali, da je za popolnost in pravilnost njihovih teorij potreben drug, bolj temeljni zakon. Ker je ta zakon veljal za temeljnejšega od ostalih, so ga poimenovali četrti zakon termodinamika se ni zdela primerna, zato je bil postavljen na ničli zakon, ki dokazuje, da nadomešča vse drugi.
Nulti zakon termodinamike pravi, da če je toplotni sistem A v toplotnem ravnovesju s toplotnim sistemom B, in toplotni sistem B je v toplotnem ravnovesju s toplotnim sistemom C, potem mora biti A v toplotnem ravnovesju z C.
To se imenujeprehodni odnos, pogosto pa ga vidimo tudi v algebri: če je A = B in B = C, potem je A = C. Nulti zakon termodinamike predstavlja ta koncept s temperaturo.
Pomen ničelnega zakona termodinamike
Matematične teorije pogosto zahtevajo razmerje, ki se imenuje ekvivalentno razmerje: način, kako reči, ali sta dve stvari enaki ali ne. Ničelni zakon je razmerje enakovrednosti termodinamike, ker zagotavlja matematični koncept temperature in omogoča obstoj fizičnih termometrov.
Ključni koncept je razlika med energijo in temperaturo. Vedeti, koliko energije imata dva posamezna predmeta, ni dovolj, da bi vedeli, na kakšen način bo tekla toplota, ko bosta prišla v stik. Relativne temperature obeh sistemov določajo smer pretoka toplote.
Kako pa je mogoče izmeriti temperaturo? Običajno je termometer predmet, ki ima znane in umerjene lastnosti, odvisno od njegove temperature. Na primer, živo srebro se po segrevanju natančno razširi v prostornini. Postavitev termometra v toplotno ravnovesje s predmetom in nato opazovanje teh lastnosti, na primer, koliko se je živo srebro razširilo, je način za merjenje temperature predmeta.
Pomen ničlega zakona je razviden pri poskusu primerjave temperatur dveh predmetov. Če je termometer postavljen v tekočino A, postane s to tekočino v toplotnem ravnovesju in odčita določeno temperaturo.
Če je ta termometer nato postavljen v tekočino B, doseže toplotno ravnovesje in odčita popolnoma enako temperaturo kot takrat, ko je je bila v toplotnem ravnovesju s tekočino A, ničli zakon je tisto, kar nam omogoča, da rečemo, da sta tekočina A in tekočina B enaka temperatura.
Drugi zakoni termodinamike
Prvi zakon termodinamike pravi, da je celotna energija izoliranega sistemakonstanten. Sprememba notranje energije sistema bo vedno popolnoma enaka razliki med toploto, vloženo v sistem, in delom, ki ga sistem opravi na svojem okolju.
Drugi zakon termodinamike navaja, dacelotna entropijaizoliranega sistema se sčasoma ne more nikoli zmanjšati. Skupna entropija izoliranega sistemainokolica lahko v nekaterih idealnih primerih ostane nespremenjena, nikoli pa se ne more zmanjšati.
Tretji zakon termodinamike pravi, da entropija izoliranega sistema postane konstantna, ko se njegova temperatura približa absolutni ničli. Ta konstantna vrednost entropije ne more biti odvisna od drugih parametrov sistema, na primer njegove prostornine ali tlaka.