Material zum nullten Hauptsatz der Thermodynamik
Bisher haben wir nur das thermische Gleichgewicht zweier sich berührender Objekte betrachtet. Um das Konzept des thermischen Gleichgewichts besser zu verstehen, betrachten wir drei Objekte (Objekt A, Objekt B und Objekt C). Beispielsweise berühren sich die Objekte B und C nicht, Objekt A hingegen berührt sowohl Objekt B als auch Objekt C. Siehe Abbildung unten.
Da sich die Objekte A und B berühren, befinden sie sich im thermischen Gleichgewicht, ebenso wie die Objekte A und C. Befinden sich auch die Objekte B und C, die sich nicht berühren, im thermischen Gleichgewicht?
Rein logisch betrachtet befinden sich Objekt B und Objekt C im thermischen Gleichgewicht, obwohl sie sich nicht berühren. Objekt A und Objekt B befinden sich im thermischen Gleichgewicht, d. h. die Temperatur von Objekt A entspricht der Temperatur von Objekt B. Auch Objekt A und Objekt C befinden sich im thermischen Gleichgewicht; die Temperatur von Objekt A entspricht der Temperatur von Objekt C. Da T<sub> A </sub> = T<sub> B </sub> und T<sub> A </sub> = T<sub> C </sub>, gilt auch T<sub> B </sub> = T<sub> C</sub>.
Da die Physik nicht allein auf Logik beruht, muss sie experimentell bewiesen werden. Die Ergebnisse des Experiments zeigen, dass sich die Objekte B und C ebenfalls im thermischen Gleichgewicht befinden. In diesem Fall entspricht die Temperatur von Objekt B der Temperatur von Objekt C. Obwohl sich die Objekte B und C also nicht berühren, befinden sie sich aufgrund ihres Kontakts mit Objekt A ebenfalls im thermischen Gleichgewicht. Daraus lässt sich folgender Satz ableiten: Befinden sich zwei Objekte mit einem dritten Objekt im thermischen Gleichgewicht , so befinden sich auch alle drei Objekte untereinander im thermischen Gleichgewicht .
Der nullte Hauptsatz der Thermodynamik erklärt das Funktionsprinzip eines Thermometers , eines Temperaturmessgeräts. Betrachten wir ein Quecksilber- oder ein Alkoholthermometer. Das Quecksilber bzw. der Alkohol steht in Kontakt mit dem Glas, und das Glas steht in Kontakt mit dem Objekt, dessen Temperatur gemessen werden soll, beispielsweise Luft, Wasser oder dem menschlichen Körper. Obwohl das Quecksilber nicht direkt mit der Luft, dem Wasser oder dem menschlichen Körper in Kontakt steht, befindet es sich aufgrund des Kontakts mit dem Glas im thermischen Gleichgewicht mit diesem.
Die Gesetze der Physik beginnen üblicherweise bei 1, selten bei null. Es wird als nullter Hauptsatz der Thermodynamik bezeichnet, weil Wissenschaftler nach der Formulierung des ersten, zweiten und dritten Hauptsatzes der Thermodynamik erkannten, dass es ein noch fundamentaleres, bisher unformuliertes Gesetz gab. Daher nennen sie dieses Gesetz den nullten Hauptsatz der Thermodynamik.
