Zerowa zasada termodynamiki Materiał
Do tej pory rozważaliśmy jedynie równowagę termiczną dwóch obiektów w kontakcie. Aby lepiej zrozumieć koncepcję równowagi termicznej, rozważmy trzy obiekty (nazwijmy je obiekt A, obiekt B i obiekt C). Na przykład, obiekty B i C nie stykają się ze sobą, ale obiekt A styka się z obiektem B, a obiekt A z obiektem C. Spójrz na poniższy obrazek.
Ponieważ się stykają, obiekty A i B znajdują się w równowadze termicznej, podobnie jak obiekty A i C. Czy obiekty B i C, które się nie stykają, również znajdują się w równowadze termicznej?
Jeśli posłużymy się wyłącznie logiką, możemy stwierdzić, że obiekty B i C również znajdują się w równowadze termicznej, mimo że się nie stykają. Obiekty A i B znajdują się w równowadze termicznej, co oznacza, że temperatura obiektu A jest równa temperaturze obiektu B. Obiekty A i C również znajdują się w równowadze termicznej, a temperatura obiektu A jest równa temperaturze obiektu C. Ponieważ T A = T B i T A = T C , to T B = T C.
Ponieważ fizyka nie opiera się wyłącznie na logice, musi zostać udowodniona eksperymentalnie. Na podstawie wyników eksperymentu okazuje się, że obiekty B i C również znajdują się w równowadze termicznej. W tym przypadku temperatura obiektu B jest równa temperaturze obiektu C. Zatem, mimo że obiekty B i C nie stykają się ze sobą, ale ponieważ oba stykają się z obiektem A, obiekty B i C również znajdują się w równowadze termicznej. Wniosek z tego jest następujący, piękny wers: Jeśli dwa obiekty znajdują się w równowadze termicznej z trzecim obiektem, to wszystkie trzy obiekty znajdują się w równowadze termicznej między sobą.
Zerowa zasada termodynamiki wyjaśnia zasadę działania termometru , przyrządu do pomiaru temperatury. Rozważmy termometr rtęciowy lub termometr alkoholowy. Alkohol lub rtęć styka się ze szkłem, a szkło z przedmiotem, którego temperatura jest mierzona, na przykład powietrzem, wodą lub ciałem człowieka. Chociaż rtęć nie styka się z powietrzem, wodą ani ciałem człowieka, to jednak ze szkłem, gdy szkło i powietrze, woda lub ciało człowieka znajdują się w równowadze termicznej, to rtęć i powietrze, woda lub ciało człowieka również znajdują się w równowadze termicznej.
Prawa fizyki zazwyczaj zaczynają się od 1, rzadko od zera. Nazywa się je zerową zasadą termodynamiki, ponieważ po sformułowaniu pierwszej, drugiej i trzeciej zasady termodynamiki naukowcy zdali sobie sprawę, że istnieje bardziej fundamentalne prawo, które jeszcze nie zostało sformułowane. Dlatego naukowcy nazywają to prawo zerową zasadą termodynamiki.
