熱力学第ゼロ法則と温度

熱力学第ゼロ法則は、熱平衡が推移的であることを確立し、温度を平衡状態にある系間で共有される明確で測定可能な特性として定義します。

Definition

熱力学第ゼロ法則は、2つの系がそれぞれ第三の系と熱平衡にある場合、それら2つの系も互いに熱平衡にあると述べており、これにより、相互熱平衡にある系間で等しい特性として温度を定義することが可能になります。

Scope

このトピックでは、熱力学第ゼロ法則の記述、熱平衡と透熱壁の概念、温度を定義可能にする推移性、および経験的温度スケールと絶対温度スケールを構築する方法について説明します。温度計の操作と理想気体スケールも実用的な結果として含まれています。

Core questions

• 2つの系が熱平衡にあるとはどういう意味ですか？
• 平衡の推移性が、一貫した温度の定義を可能にするのはなぜですか？
• 経験的温度スケールはどのように構築され、絶対スケールとどのように関連付けられますか？
• 熱力学第ゼロ法則が、第1法則および第2法則に論理的に先行しなければならないのはなぜですか？

Key concepts

• 熱平衡と透熱壁
• 平衡の推移性
• 経験的温度と等温線
• 理想気体温度スケールと絶対温度スケール
• 温度測定

Clinical relevance

熱力学第ゼロ法則は、温度計が接触している系と実際に共有されている特性を読み取ることを保証することにより、実験室での温度測定から産業プロセス制御、気象学に至るまで、あらゆる温度測定行為の基礎となっています。

History

温度測定は正式な熱力学よりも数世紀先行していましたが、この原理は1930年代にファウラーによって明確な法則として定式化され、「第ゼロ法則」と名付けられました。これにより、長らく暗黙の前提であった温度測定の基礎が形式化されました。

Key figures

• Ralph H. Fowler
• James Clerk Maxwell

Seminal works

• callen1985
• fowler1939

Frequently asked questions

温度が自明に思えるのに、なぜ熱力学第ゼロ法則が必要なのですか？

熱平衡の推移性がなければ、単一の数値で系の熱さを一貫して示すことができるという保証はありません。熱力学第ゼロ法則はまさにその保証を提供し、温度を直感から定義された状態変数へと変えます。