القانون الصفري ودرجة الحرارة
يُرسّخ القانون الصفري للديناميكا الحرارية أن التوازن الحراري متعدٍ، مما يجعل درجة الحرارة خاصية محددة جيدًا وقابلة للقياس تشترك فيها الأنظمة في حالة التوازن.
Definition
ينص القانون الصفري على أنه إذا كان نظامان في حالة توازن حراري مع نظام ثالث، فإنهما يكونان في حالة توازن حراري مع بعضهما البعض، مما يسمح بتعريف درجة الحرارة كخاصية متساوية بين الأنظمة في حالة التوازن الحراري المتبادل.
Scope
يغطي هذا الموضوع نص القانون الصفري، ومفهوم التوازن الحراري والجدار الناقل للحرارة (diathermal wall)، والتعدي الذي يسمح بتعريف درجة الحرارة، وبناء مقاييس درجة الحرارة التجريبية والمطلقة. كما يتضمن تشغيل موازين الحرارة ومقياس الغاز المثالي كعواقب عملية.
Core questions
- ماذا يعني أن يكون نظامان في حالة توازن حراري؟
- لماذا يسمح تعدي التوازن بتعريف متسق لدرجة الحرارة؟
- كيف تُبنى مقاييس درجة الحرارة التجريبية وتُربط بالمقياس المطلق؟
- لماذا يجب أن يسبق القانون الصفري القانونين الأول والثاني منطقيًا؟
Key concepts
- التوازن الحراري والجدران الناقلة للحرارة
- تعدي التوازن
- درجة الحرارة التجريبية والخطوط متساوية الحرارة (isotherms)
- مقاييس الغاز المثالي ودرجة الحرارة المطلقة
- قياس الحرارة
Clinical relevance
يرتكز القانون الصفري على كل عملية قياس لدرجة الحرارة، من قياس الحرارة في المختبر إلى التحكم في العمليات الصناعية وعلم الأرصاد الجوية، وذلك بضمان أن مقياس الحرارة يقرأ خاصية مشتركة بالفعل مع النظام الذي يلامسه.
History
على الرغم من أن قياس الحرارة يسبق الديناميكا الحرارية الرسمية بقرون، إلا أن المبدأ صيغ كقانون مميز وسُمي 'القانون الصفري' بواسطة فاولر في ثلاثينيات القرن الماضي، مما أضفى طابعًا رسميًا على الأساس الضمني منذ فترة طويلة لقياس درجة الحرارة.
Key figures
- Ralph H. Fowler
- James Clerk Maxwell
Related topics
Seminal works
- callen1985
- fowler1939
Frequently asked questions
- لماذا يُعد القانون الصفري ضروريًا إذا كانت درجة الحرارة تبدو واضحة؟
- بدون تعدي التوازن الحراري، لن يكون هناك ضمان بأن رقمًا واحدًا يمكن أن يصف سخونة نظام ما بشكل متسق؛ يوفر القانون الصفري هذا الضمان بالضبط، محولًا درجة الحرارة من مجرد حدس إلى متغير حالة محدد.