Нулевой закон и температура

Нулевой закон термодинамики устанавливает, что тепловое равновесие транзитивно, делая температуру четко определенным, измеримым свойством, общим для систем, находящихся в равновесии.

Definition

Нулевой закон гласит, что если две системы находятся в тепловом равновесии с третьей системой, то они находятся в тепловом равновесии друг с другом, что позволяет определить температуру как свойство, которое одинаково для систем, находящихся во взаимном тепловом равновесии.

Scope

Эта тема охватывает формулировку нулевого закона, понятие теплового равновесия и диатермической стенки, транзитивность, которая позволяет определить температуру, а также построение эмпирических и абсолютных температурных шкал. В качестве практических следствий рассматриваются принципы работы термометров и шкала идеального газа.

Core questions

• Что означает, что две системы находятся в тепловом равновесии?
• Почему транзитивность равновесия позволяет последовательно определить температуру?
• Как строятся эмпирические температурные шкалы и как они связаны с абсолютной шкалой?
• Почему нулевой закон должен логически предшествовать первому и второму законам?

Key concepts

• Тепловое равновесие и диатермические стенки
• Транзитивность равновесия
• Эмпирическая температура и изотермы
• Шкалы идеального газа и абсолютной температуры
• Термометрия

Clinical relevance

Нулевой закон лежит в основе каждого измерения температуры, от лабораторной термометрии до промышленного контроля процессов и метеорологии, гарантируя, что термометр измеряет свойство, действительно общее с системой, с которой он контактирует.

History

Хотя термометрия предшествовала формальной термодинамике на столетия, этот принцип был сформулирован как отдельный закон и назван «нулевым законом» Фаулером в 1930-х годах, формализуя давно подразумеваемую основу для измерения температуры.

Key figures

• Ralph H. Fowler
• James Clerk Maxwell

Seminal works

• callen1985
• fowler1939

Frequently asked questions

Почему нулевой закон необходим, если температура кажется очевидной?

Без транзитивности теплового равновесия не было бы гарантии, что одно число может последовательно характеризовать степень нагретости системы; нулевой закон предоставляет именно эту гарантию, превращая температуру из интуитивного понятия в определенную переменную состояния.