Termodynamiikan nollaslaki Materiaali
Tähän mennessä olemme tarkastelleet vain kahden toisiinsa koskettavan kappaleen välistä lämpötasapainoa . Ymmärtääksemme lämpötasapainon käsitettä syvällisemmin, tarkastellaan kolmea kappaletta (kutsutaan niitä kappaleiksi A, B ja C). Esimerkiksi kappaleet B ja C eivät kosketa toisiaan, mutta kappale A on kosketuksissa kappaleen B kanssa ja kappale A on kosketuksissa kappaleen C kanssa. Tarkastellaan alla olevaa kuvaa.
Koska ne koskettavat toisiaan, kappaleet A ja B ovat termisessä tasapainossa, ja samoin kappaleet A ja C ovat termisessä tasapainossa. Ovatko kappaleet B ja C, jotka eivät kosketa toisiaan, myös termisessä tasapainossa?
Jos käytämme vain logiikkaa, voimme sanoa, että esineet B ja C ovat myös termisessä tasapainossa, vaikka ne eivät kosketa toisiaan. Esineet A ja B ovat termisessä tasapainossa, mikä tarkoittaa, että esineen A lämpötila on = esineen B lämpötila. Myös esineet A ja C ovat termisessä tasapainossa, esineen A lämpötila on = esineen C lämpötila. Koska T A = T B ja T A = T C , niin T B = T C.
Koska fysiikka ei perustu pelkästään logiikkaan, se on todistettava kokeiluilla. Kokeen tulosten perusteella käy ilmi, että kappaleet B ja C ovat myös termisessä tasapainossa. Tässä tapauksessa kappaleen B lämpötila = kappaleen C lämpötila. Vaikka kappaleet B ja C eivät kosketa toisiaan, koska ne ovat molemmat kosketuksissa kappaleeseen A, kappaleet B ja C ovat myös termisessä tasapainossa. Tämä päätellään seuraavaan kauniiseen lauseriviin: Jos kaksi kappaletta on termisessä tasapainossa kolmannen kappaleen kanssa, niin nämä kolme kappaletta ovat termisessä tasapainossa toistensa kanssa.
Termodynamiikan nollas laki selittää lämpömittarin , lämpötilan mittauslaitteen, toimintaperiaatteen . Tarkastellaan elohopealämpömittaria tai alkoholilämpömittaria. Alkoholi tai elohopea on kosketuksissa lasin kanssa ja lasi on kosketuksissa mitattavan kappaleen, esimerkiksi ilman, veden tai ihmiskehon, kanssa. Vaikka elohopea ei ole kosketuksissa ilman, veden tai ihmiskehon kanssa, koska elohopea on kosketuksissa lasin kanssa, niin kun lasi ja ilma, vesi tai ihmiskeho ovat termisessä tasapainossa, myös elohopea ja ilma, vesi tai ihmiskeho ovat termisessä tasapainossa.
Fysiikan lait alkavat yleensä luvusta 1, harvoin nollasta. Tätä kutsutaan termodynamiikan nollas laiksi, koska termodynamiikan ensimmäisen, toisen ja kolmannen pääsäännön muotoilemisen jälkeen tiedemiehet ymmärsivät, että oli olemassa perustavanlaatuisempi laki, jota ei ollut vielä muotoiltu. Siksi tiedemiehet kutsuvat tätä lakia termodynamiikan nollas laiksi.
