กฎศูนย์ของอุณหพลศาสตร์: ความหมาย สูตร & ตัวอย่าง &

อุณหพลศาสตร์เป็นสาขาวิชาฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายเทพลังงานความร้อน มักจะเข้าใจในแง่ของชุดของกฎหมาย

กฎข้อที่ศูนย์ช่วยในการกำหนด defineแนวคิดของอุณหภูมิเนื่องจากเกี่ยวข้องกับสมดุลทางความร้อนระหว่างวัตถุ ความร้อนไหลจากสสารที่ร้อนกว่าไปสู่สสารที่เย็นกว่า และสมดุลทางความร้อนซึ่งบางครั้งเรียกว่าสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ เกิดขึ้นเมื่อไม่มีการไหลของความร้อนสุทธิ สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อวัตถุมีอุณหภูมิเท่ากัน

เดิมทีมีกฎกลางสามประการของอุณหพลศาสตร์ อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ในช่วงต้นทศวรรษ 1900 ตระหนักดีว่ากฎหมายพื้นฐานอื่นจำเป็นสำหรับทฤษฎีของพวกเขาให้สมบูรณ์และถูกต้อง เพราะกฎข้อนี้ถือเป็นพื้นฐานมากกว่ากฎข้ออื่น จึงเรียกมันว่ากฎข้อที่สี่ของ อุณหพลศาสตร์ดูไม่เหมาะสม ดังนั้นจึงสร้างกฎข้อที่ 0 เพื่อแสดงว่ากฎนี้เข้ามาแทนที่ทั้งหมด คนอื่น ๆ.

กฎข้อที่ศูนย์ของอุณหพลศาสตร์ระบุว่าหากระบบความร้อน A อยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนกับระบบความร้อน B และระบบความร้อน B อยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนกับระบบความร้อน C แล้ว A ต้องอยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนด้วย ค.

นี้เรียกว่าความสัมพันธ์สกรรมกริยาและมักจะเห็นในพีชคณิต: ถ้า A = B และ B = C แล้ว A = C กฎข้อที่ศูนย์ของอุณหพลศาสตร์แสดงถึงแนวคิดนี้ด้วยอุณหภูมิ

ทฤษฎีทางคณิตศาสตร์มักจำเป็นต้องมีความสัมพันธ์ที่เรียกว่าความสัมพันธ์ที่เท่าเทียมกัน: วิธีบอกว่าสองสิ่งเหมือนกันหรือไม่ กฎข้อที่ศูนย์คือความสัมพันธ์สมมูลของอุณหพลศาสตร์ เพราะมันให้แนวคิดทางคณิตศาสตร์ของอุณหภูมิและยอมให้มีเทอร์โมมิเตอร์ทางกายภาพอยู่ได้

แนวคิดหลักคือความแตกต่างระหว่างพลังงานและอุณหภูมิ การรู้ว่าวัตถุสองชิ้นมีพลังงานเท่าใดไม่เพียงพอที่จะรู้ว่าความร้อนจะไหลไปทางใดเมื่อสัมผัสกัน เป็นอุณหภูมิสัมพัทธ์ของทั้งสองระบบที่กำหนดทิศทางของการไหลของความร้อน

แต่จะวัดอุณหภูมิได้อย่างไร? โดยทั่วไปแล้ว เทอร์โมมิเตอร์เป็นวัตถุที่แสดงคุณสมบัติที่รู้จักและปรับเทียบตามอุณหภูมิของมัน ตัวอย่างเช่น ปรอทจะขยายตัวในปริมาณในลักษณะที่กำหนดไว้อย่างดีเมื่อร้อนขึ้น การวางเทอร์โมมิเตอร์ให้อยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนกับวัตถุแล้วสังเกตคุณสมบัติเหล่านั้น เช่น ปรอทขยายตัวเท่าใด เป็นวิธีวัดอุณหภูมิของวัตถุ

ความสำคัญของกฎข้อที่ศูนย์สามารถเห็นได้เมื่อพยายามเปรียบเทียบอุณหภูมิของวัตถุสองชิ้น หากวางเทอร์โมมิเตอร์ไว้ในของเหลว A เทอร์โมมิเตอร์จะอยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนกับของเหลวนั้นและอ่านค่าอุณหภูมิได้

ถ้าเทอร์โมมิเตอร์นั้นถูกวางในของเหลว B จะถึงจุดสมดุลทางความร้อนและอ่านค่าอุณหภูมิเดียวกันกับที่มันอ่านเมื่อ อยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนกับของเหลว A กฎข้อที่ศูนย์คือสิ่งที่ทำให้เราพูดได้ว่าของเหลว A และของเหลว B เหมือนกัน อุณหภูมิ.

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ระบุว่าพลังงานทั้งหมดของระบบที่แยกได้คือค่าคงที่. การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบจะเท่ากับความแตกต่างระหว่างความร้อนที่ใส่เข้าสู่ระบบและงานที่ระบบทำต่อสิ่งแวดล้อมเสมอ

กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ระบุว่าเอนโทรปีทั้งหมดของระบบที่แยกจากกันไม่สามารถลดลงเมื่อเวลาผ่านไป เอนโทรปีรวมของระบบที่แยกได้และสภาพแวดล้อมสามารถคงอยู่ได้ในบางกรณีในอุดมคติ แต่ก็ไม่สามารถลดลงได้

กฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์ระบุว่าเอนโทรปีของระบบที่แยกเดี่ยวจะคงที่เมื่ออุณหภูมิเข้าใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ ค่าคงที่ของเอนโทรปีไม่สามารถขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์อื่นๆ ของระบบ เช่น ปริมาตรหรือความดัน