Нулевой закон термодинамики

Физика > Нулевой закон

 

Рассмотрите нулевой закон термодинамики: термодинамическая шкала температуры, тепловое равновесие систем, связь с первым и вторым законами термодинамики.

Нулевой закон термодинамики оправдывает применение термодинамической температуры, вычисляемой как общая трех систем, пребывающих в балансе.

Задача обучения

• Разобраться в том, как нулевой закон оправдывает использование термодинамической температуры.

Основные пункты

• Согласно нулевому закону, когда системы А и В пребывают в тепловом балансе, а В ощущает тепловое равновесие с С, то А также пребывает в равновесии с С.
• Две системы остаются в тепловом равновесии, если способны передавать между собою тепло, но не делают этого.
• Если есть необходимое количество времени для передачи тепла между термометром и системой, то регистрируемая температура – система, с которой достигает теплового равновесия.

Термины

• Тепловое равновесие – две системы пребывают в тепловом балансе, если способны транспортировать тепло между собой, но не делают этого.
• Термодинамическая температура – характеризуется не свойствами реального мира, а законами термодинамики (кельвины).

Давайте изучим формулировку нулевого закона термодинамики. Согласно нулевому закону, когда системы А и В пребывают в тепловом балансе, а В ощущает тепловое равновесие с С, то А также пребывает в равновесии с С.

Его вывели в 1930-х гг., после создания первого и второго законов термодинамики. Именуют нулевым, потому что логически вытекает до первых двух.

Две системы пребывают в тепловом балансе, если способны транспортировать между собой тепло, но не делают этого. Эксперименты демонстрировали: если системы А и В пребывают в тепловом балансе, а В переживает то же с С, то и А настраивает равновесие с С. Кажется, что это очевидно, ведь все они обладают единой температурой, но нулей закон – основа в термодинамике.

Нулевой закон оправдывает применение термодинамической шкалы температуры: метка, которую системы используют в качестве температуры.

Термометр, калиброванный в градусах Цельсия

Температура

Фактически термометры берут свою температуру, а не измеряемого объекта. Поэтому стоит поставить под сомнение подобное вычисление. Однако любые две системы, пребывающие в тепловом контакте, достигают тех же показателей. То есть, если тепло транспортируется от более горячего тела к холодному, то это продолжается пока на обоих не установится единая отметка.

Дальше тела оказываются в тепловом балансе и лишены изменений. Системы контактируют и меняются, потому что их температуры отличаются, а изменения замирают, когда температурный показатель одинаковый. Получается, если для транспортировки тепла есть достаточное количество времени, то регистрируемая температура – система, с которой достигает теплового баланса.

---