Hukum ke nol termodinamika

Sejauh ini kita baru meninjau kesetimbangan termal yang dialami oleh dua benda yang bersentuhan. Untuk memahami konsep kesetimbangan termal secara lebih mendalam, mari kita tinjau tiga benda (sebut saja benda A, benda B dan benda C). Misalnya benda B dan benda C tidak saling bersentuhan, tetapi benda A bersentuhan dengan benda B dan benda A bersentuhan dengan benda C. Amati gambar di bawah.

Hukum ke nol termodinamikaKarena saling bersentuhan maka benda A dan benda B berada dalam kesetimbangan termal, demikian juga benda A dan benda C berada dalam kesetimbangan termal. Apakah benda B dan benda C yang tidak saling bersentuhan juga berada dalam kesetimbangan termal ?

Jika hanya menggunakan logika, kita bisa mengatakan bahwa benda B dan benda C juga berada dalam kesetimbangan termal, sekalipun keduanya tidak bersentuhan. Benda A dan benda B berada dalam kesetimbangan termal, berarti suhu benda A = suhu benda B. Benda A dan benda C juga berada dalam kesetimbangan termal, suhu benda A = suhu benda C. Karena TA = TB dan TA = TC, maka TB = TC.

Berhubung fisika tidak hanya mengandalkan logika, maka perlu dibuktikan melalui percobaan. Berdasarkan hasil percobaan, ternyata benda B dan benda C juga berada dalam kesetimbangan termal. Dalam hal ini, suhu benda B = suhu benda C. Jadi walaupun benda B dan benda C tidak saling bersentuhan, tapi karena keduanya bersentuhan dengan benda A, maka benda B dan benda C juga berada dalam kesetimbangan termal. Hal ini disimpulkan dalam sebaris kalimat indah berikut ini : Jika dua benda berada dalam kesetimbangan termal dengan benda ketiga, maka ketiga benda tersebut berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain. 

Hukum ke nol termodinamika menjelaskan prinsip kerja termometer, alat pengukur suhu. Tinjau sebuah termometer raksa atau termometer alkohol. Alkohol atau raksa bersentuhan dengan kaca dan kaca bersentuhan dengan benda yang diukur suhunya, misalnya udara, air atau tubuh manusia. Walaupun raksa tidak bersentuhan dengan udara atau air atau tubuh manusia, tetapi karena raksa bersentuhan dengan kaca maka ketika kaca dan udara atau air atau tubuh manusia berada dalam kesetimbangan termal, maka raksa dan udara atau air atau tubuh manusia juga berada dalam kesetimbangan termal.

Hukum-hukum fisika biasanya dimulai dari 1, jarang dimulai dari nol. Disebut hukum ke-0 termodinamika karena setelah hukum ke-1 termodinamika, hukum ke-2 termodinamika dan hukum ke-3 termodinamika dirumuskan, para ilmuwan menyadari bahwa ada sebuah hukum yang lebih mendasar yang belum dirumuskan. Karenanya para ilmuwan menyebut hukum ini sebagai hukum ke-0 termodinamika.

Referensi