القانون الصفري للديناميكا الحرارية للمواد
حتى الآن، اقتصرنا على دراسة التوازن الحراري بين جسمين متلامسين. لفهم مفهوم التوازن الحراري بشكل أعمق، دعونا نتناول ثلاثة أجسام (لنسميها الجسم أ، والجسم ب، والجسم ج). على سبيل المثال، الجسمان ب وج غير متلامسين، بينما الجسم أ متلامس مع الجسم ب، والجسم أ متلامس مع الجسم ج. انظر إلى الصورة أدناه.
بما أن الجسمين A وB متلامسان، فهما في حالة اتزان حراري، وكذلك الجسمان A وC. هل الجسمان B وC، غير المتلامسين، في حالة اتزان حراري أيضاً؟
إذا اعتمدنا على المنطق فقط، يمكننا القول إن الجسمين B وC في حالة اتزان حراري، على الرغم من عدم تلامسهما. الجسمان A وB في حالة اتزان حراري، أي أن درجة حرارة الجسم A تساوي درجة حرارة الجسم B. كذلك، الجسمان A وC في حالة اتزان حراري، أي أن درجة حرارة الجسم A تساوي درجة حرارة الجسم C. وبما أن T A = T B و T A = T C ، فإن T B = T C.
بما أن الفيزياء لا تعتمد على المنطق فقط، فلا بد من إثباتها من خلال التجارب. وبناءً على نتائج التجربة، تبيّن أن الجسمين B وC في حالة اتزان حراري. في هذه الحالة، درجة حرارة الجسم B تساوي درجة حرارة الجسم C. لذا، على الرغم من أن الجسمين B وC لا يتلامسان، إلا أنهما على اتصال بالجسم A، مما يجعلهما في حالة اتزان حراري. ويُمكن تلخيص ذلك في العبارة التالية: إذا كان جسمان في حالة اتزان حراري مع جسم ثالث، فإن الأجسام الثلاثة تكون في حالة اتزان حراري فيما بينها.
يشرح القانون الصفري للديناميكا الحرارية مبدأ عمل الترمومتر ، وهو أداة لقياس درجة الحرارة. لنأخذ مثالًا على ترمومتر زئبقي أو ترمومتر كحولي. يلامس الكحول أو الزئبق الزجاج، والزجاج يلامس الجسم المراد قياس درجة حرارته، كالهواء أو الماء أو جسم الإنسان. على الرغم من أن الزئبق لا يلامس الهواء أو الماء أو جسم الإنسان مباشرةً، إلا أنه يلامس الزجاج، وعندما يكون الزجاج والهواء أو الماء أو جسم الإنسان في حالة اتزان حراري، يكون الزئبق والهواء أو الماء أو جسم الإنسان في حالة اتزان حراري أيضًا.
تبدأ قوانين الفيزياء عادةً من 1، ونادرًا ما تبدأ من الصفر. يُطلق على هذا القانون اسم القانون الصفري للديناميكا الحرارية، لأنه بعد صياغة القوانين الثلاثة الأولى، أدرك العلماء وجود قانون أكثر جوهرية لم يُصاغ بعد. ولذلك، يُطلق العلماء على هذا القانون اسم القانون الصفري للديناميكا الحرارية.
