Llei zero de la termodinàmica dels materials
Fins ara, només hem considerat l'equilibri tèrmic experimentat per dos objectes en contacte. Per entendre el concepte d'equilibri tèrmic més profundament, considerem tres objectes (anomenem-los objecte A, objecte B i objecte C). Per exemple, els objectes B i C no es toquen, però l'objecte A està en contacte amb l'objecte B i l'objecte A està en contacte amb l'objecte C. Observeu la imatge següent.
Com que es toquen entre si, els objectes A i B estan en equilibri tèrmic, i de la mateixa manera els objectes A i C estan en equilibri tèrmic. Els objectes B i C, que no es toquen entre si, també estan en equilibri tèrmic?
Si només fem servir la lògica, podem dir que l'objecte B i l'objecte C també estan en equilibri tèrmic, tot i que no es toquen. L'objecte A i l'objecte B estan en equilibri tèrmic, és a dir, la temperatura de l'objecte A = la temperatura de l'objecte B. L'objecte A i l'objecte C també estan en equilibri tèrmic, la temperatura de l'objecte A = la temperatura de l'objecte C. Com que T A = T B i T A = T C , aleshores T B = T C.
Com que la física no només es basa en la lògica, cal demostrar-la mitjançant experiments. Basant-se en els resultats de l'experiment, resulta que els objectes B i C també estan en equilibri tèrmic. En aquest cas, la temperatura de l'objecte B = la temperatura de l'objecte C. Així doncs, tot i que els objectes B i C no es toquen, sinó que tots dos estan en contacte amb l'objecte A, els objectes B i C també estan en equilibri tèrmic. Això es conclou en la següent bonica frase: Si dos objectes estan en equilibri tèrmic amb un tercer objecte, aleshores els tres objectes estan en equilibri tèrmic entre si.
La llei zero de la termodinàmica explica el principi de funcionament d'un termòmetre , un instrument de mesura de temperatura. Considerem un termòmetre de mercuri o un termòmetre d'alcohol. L'alcohol o mercuri està en contacte amb el vidre i el vidre està en contacte amb l'objecte la temperatura del qual es mesura, per exemple, l'aire, l'aigua o el cos humà. Tot i que el mercuri no està en contacte amb l'aire, l'aigua o el cos humà, com que el mercuri està en contacte amb el vidre, quan el vidre i l'aire, l'aigua o el cos humà estan en equilibri tèrmic, aleshores el mercuri i l'aire, l'aigua o el cos humà també estan en equilibri tèrmic.
Les lleis de la física solen començar a 1, rarament a zero. S'anomena la llei zero de la termodinàmica perquè després de formular-se la primera, la segona i la tercera llei de la termodinàmica, els científics es van adonar que hi havia una llei més fonamental que encara no s'havia formulat. Per tant, els científics anomenen aquesta llei la llei zero de la termodinàmica.
