热力学第零定律与温度

热力学第零定律确立了热平衡的传递性，使温度成为系统在平衡时共享的、明确可测量的属性。

Definition

第零定律指出，如果两个系统各自与第三个系统处于热平衡状态，那么它们彼此之间也处于热平衡状态，这使得温度可以被定义为在相互热平衡的系统之间相等的属性。

Scope

本主题涵盖了第零定律的陈述、热平衡和透热壁的概念、使温度得以定义的传递性，以及经验温标和绝对温标的构建。温度计的工作原理和理想气体温标作为实际应用也包括在内。

Core questions

• 两个系统处于热平衡状态意味着什么？
• 为什么平衡的传递性允许对温度进行一致的定义？
• 经验温标是如何构建的，以及它们与绝对温标有何关系？
• 为什么第零定律在逻辑上必须先于第一定律和第二定律？

Key concepts

• 热平衡与透热壁
• 平衡的传递性
• 经验温度与等温线
• 理想气体温标与绝对温标
• 测温学

Clinical relevance

第零定律是所有温度测量的基础，从实验室测温到工业过程控制和气象学，它保证了温度计所测量的属性确实与它所接触的系统共享。

History

尽管测温学比形式热力学早了几个世纪，但该原理在20世纪30年代由福勒明确表述为一项独立的定律并命名为“第零定律”，从而将长期以来隐含的温度测量基础形式化。

Key figures

• Ralph H. Fowler
• James Clerk Maxwell

Seminal works

• callen1985
• fowler1939

Frequently asked questions

如果温度看起来很明显，为什么还需要第零定律？

如果没有热平衡的传递性，就无法保证一个单一的数值能够始终如一地标记系统的热度；第零定律正是提供了这种保证，将温度从一种直觉转变为一个明确定义的状态变量。