เนื้อหาเกี่ยวกับกฎข้อที่ศูนย์ของเทอร์โมไดนามิกส์
ที่ผ่านมา เราได้พิจารณาเฉพาะสมดุลทางความร้อนที่เกิดขึ้นกับวัตถุสองชิ้นที่สัมผัสกันเท่านั้น เพื่อให้เข้าใจแนวคิดเรื่องสมดุลทางความร้อนอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น ลองพิจารณาวัตถุสามชิ้น (เรียกพวกมันว่าวัตถุ A วัตถุ B และวัตถุ C) ตัวอย่างเช่น วัตถุ B และ C ไม่สัมผัสกัน แต่ วัตถุ A สัมผัสกับวัตถุ B และวัตถุ A สัมผัสกับวัตถุ C สังเกตภาพด้านล่าง
เนื่องจากวัตถุ A และ B สัมผัสกัน จึงอยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อน และในทำนองเดียวกัน วัตถุ A และ C ก็อยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนเช่นกัน แล้ววัตถุ B และ C ซึ่งไม่ได้สัมผัสกัน จะอยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนด้วยหรือไม่?
ถ้าเราใช้ตรรกะเพียงอย่างเดียว เราสามารถกล่าวได้ว่าวัตถุ B และวัตถุ C ก็อยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนเช่นกัน แม้ว่าจะไม่ได้สัมผัสกันก็ตาม วัตถุ A และวัตถุ B อยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อน หมายความว่าอุณหภูมิของวัตถุ A เท่ากับอุณหภูมิของวัตถุ B วัตถุ A และวัตถุ C ก็อยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนเช่นกัน หมายความว่าอุณหภูมิของวัตถุ A เท่ากับอุณหภูมิของวัตถุ C เนื่องจาก T A = T Bและ T A = T Cดังนั้น T B = T C
เนื่องจากฟิสิกส์ไม่ได้อาศัยเพียงแค่ตรรกะเท่านั้น จึงจำเป็นต้องพิสูจน์ด้วยการทดลอง จากผลการทดลองพบว่าวัตถุ B และ C ก็อยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนเช่นกัน ในกรณีนี้ อุณหภูมิของวัตถุ B เท่ากับอุณหภูมิของวัตถุ C ดังนั้นถึงแม้ว่าวัตถุ B และ C จะไม่ได้สัมผัสกัน แต่เนื่องจากทั้งสองสัมผัสกับวัตถุ A วัตถุ B และ C จึงอยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนด้วย สรุปได้ด้วยประโยคที่สวยงามดังต่อไปนี้: ถ้าวัตถุสองชิ้นอยู่ในสภาวะสมดุล ทางความร้อน กับวัตถุชิ้นที่สามแล้ว วัตถุทั้งสามชิ้นก็จะอยู่ในสภาวะสมดุล ทางความร้อน ซึ่งกันและกันด้วย
กฎข้อที่ศูนย์ของเทอร์โมไดนามิกส์อธิบายหลักการทำงานของเทอร์โมมิเตอร์ซึ่งเป็นเครื่องมือวัดอุณหภูมิ ลองพิจารณาเทอร์โมมิเตอร์ปรอทหรือเทอร์โมมิเตอร์แอลกอฮอล์ แอลกอฮอล์หรือปรอทสัมผัสกับแก้ว และแก้วสัมผัสกับวัตถุที่ต้องการวัดอุณหภูมิ เช่น อากาศ น้ำ หรือร่างกายมนุษย์ แม้ว่าปรอทจะไม่สัมผัสกับอากาศ น้ำ หรือร่างกายมนุษย์โดยตรง แต่เนื่องจากปรอทสัมผัสกับแก้ว เมื่อแก้วและอากาศ น้ำ หรือร่างกายมนุษย์อยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อน ปรอทและอากาศ น้ำ หรือร่างกายมนุษย์ก็จะอยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนเช่นกัน
กฎทางฟิสิกส์มักเริ่มต้นที่ 1 ไม่ค่อยเริ่มต้นที่ศูนย์ ที่เรียกว่ากฎข้อที่ศูนย์ของอุณหพลศาสตร์นั้นก็เพราะว่าหลังจากที่นักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดกฎข้อที่หนึ่ง สอง และสามของอุณหพลศาสตร์แล้ว พวกเขาก็พบว่ามีกฎพื้นฐานที่สำคัญกว่านั้นซึ่งยังไม่ได้ถูกกำหนดขึ้น ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงเรียกกฎนี้ว่ากฎข้อที่ศูนย์ของอุณหพลศาสตร์
