Legge zero della termodinamica dei materiali
Finora abbiamo considerato solo l'equilibrio termico sperimentato da due oggetti a contatto. Per comprendere più a fondo il concetto di equilibrio termico, consideriamo tre oggetti (chiamiamoli oggetto A, oggetto B e oggetto C). Ad esempio, gli oggetti B e C non si toccano, ma l'oggetto A è a contatto con l'oggetto B e l'oggetto C è a contatto con l'oggetto B. Osservate l'immagine qui sotto.
Poiché si toccano, gli oggetti A e B sono in equilibrio termico, e analogamente gli oggetti A e C sono in equilibrio termico. Anche gli oggetti B e C, che non si toccano, sono in equilibrio termico?
Se usiamo solo la logica, possiamo dire che anche l'oggetto B e l'oggetto C sono in equilibrio termico, anche se non si toccano. L'oggetto A e l'oggetto B sono in equilibrio termico, il che significa che la temperatura dell'oggetto A è uguale alla temperatura dell'oggetto B. Anche l'oggetto A e l'oggetto C sono in equilibrio termico, quindi la temperatura dell'oggetto A è uguale alla temperatura dell'oggetto C. Poiché T A = T B e T A = T C , allora T B = T C.
Poiché la fisica non si basa solo sulla logica, è necessario dimostrarla attraverso esperimenti. In base ai risultati dell'esperimento, si evince che anche gli oggetti B e C sono in equilibrio termico. In questo caso, la temperatura dell'oggetto B è uguale alla temperatura dell'oggetto C. Quindi, anche se gli oggetti B e C non si toccano, essendo entrambi a contatto con l'oggetto A, si trovano anch'essi in equilibrio termico. Questa conclusione è riassunta nella seguente elegante frase: se due oggetti sono in equilibrio termico con un terzo oggetto, allora i tre oggetti sono in equilibrio termico tra loro.
La legge zero della termodinamica spiega il principio di funzionamento di un termometro , uno strumento per la misurazione della temperatura. Consideriamo un termometro a mercurio o un termometro ad alcol. L'alcol o il mercurio sono a contatto con il vetro e il vetro è a contatto con l'oggetto di cui si misura la temperatura, ad esempio aria, acqua o corpo umano. Sebbene il mercurio non sia a contatto diretto con l'aria, l'acqua o il corpo umano, poiché è a contatto con il vetro, quando il vetro e l'aria, l'acqua o il corpo umano sono in equilibrio termico, anche il mercurio e l'aria, l'acqua o il corpo umano sono in equilibrio termico.
Le leggi della fisica di solito iniziano da 1, raramente da zero. Viene chiamata legge zero della termodinamica perché, dopo la formulazione della prima, della seconda e della terza legge della termodinamica, gli scienziati si resero conto che esisteva una legge più fondamentale che non era ancora stata formulata. Pertanto, gli scienziati chiamano questa legge legge zero della termodinamica.
