Сформулируйте нулевой закон термодинамики кратко

Обновлено: 05.07.2024

В нулевой закон термодинамики заявляет, что если два термодинамические системы каждый в тепловое равновесие с третьим, то они находятся в тепловом равновесии друг с другом. Соответственно, тепловое равновесие между системами - это переходное отношение.

Говорят, что две системы находятся в отношении теплового равновесия, если они связаны стенкой, проницаемой только для тепла, и они не изменяются с течением времени. [1] Для удобства языка иногда также говорят, что системы находятся в отношении теплового равновесия, если они не связаны таким образом, чтобы иметь возможность передавать тепло друг другу, но все равно не делали бы этого (даже), если бы они были связаны между собой. стена проницаема только для тепла.

Закон важен для математической формулировки термодинамики, которая требует утверждения, что отношение теплового равновесия отношение эквивалентности. Эта информация необходима для математического определения температуры, которое согласуется с физическим существованием действительных термометров. [4]

Содержание

Нулевой закон как отношение эквивалентности

Если определено, что термодинамическая система находится в тепловом равновесии сама с собой (т.е. тепловое равновесие рефлексивно), то нулевой закон может быть сформулирован следующим образом: [6]

Если тело C, находиться в тепловом равновесии с двумя другими телами, А и B, тогда А и B находятся в тепловом равновесии друг с другом.

Это утверждение утверждает, что тепловое равновесие является левосторонним.Евклидово отношение между термодинамическими системами. Если мы также определим, что каждая термодинамическая система находится в тепловом равновесии сама с собой, то тепловое равновесие также будет рефлексивное отношение. Бинарные отношения которые одновременно рефлексивны и евклидовы, являются отношениями эквивалентности. Таким образом, снова неявно предполагая рефлексивность, нулевой закон часто выражается как право-евклидово утверждение: [7]

Если две системы находятся в тепловом равновесии с третьей системой, то они находятся в тепловом равновесии друг с другом.

Одним из следствий отношения эквивалентности является то, что отношение равновесия симметричный: Если А находится в тепловом равновесии с B, тогда B находится в тепловом равновесии с А. Таким образом, мы можем сказать, что две системы находятся в тепловом равновесии друг с другом или что они находятся во взаимном равновесии. Еще одно следствие эквивалентности состоит в том, что тепловое равновесие переходные отношения и иногда выражается так: [4] [8]

Если А находится в тепловом равновесии с B и если B находится в тепловом равновесии с C, тогда А находится в тепловом равновесии с C .

Рефлексивные, транзитивные отношения не гарантируют отношения эквивалентности. Чтобы вышеприведенное утверждение было верным, обе рефлексивность и симметрия должна предполагаться неявно.

Основание температуры

В пространстве термодинамических параметров зоны постоянной температуры образуют поверхность, обеспечивающую естественный порядок соседних поверхностей. Таким образом, можно построить глобальную температурную функцию, которая обеспечивает непрерывное упорядочение состояний. Размерность поверхности с постоянной температурой на единицу меньше количества термодинамических параметров, поэтому для идеального газа, описываемого тремя термодинамическими параметрами п, V и N, это двух-размерный поверхность.

Например, если две системы идеальных газов находятся в совместном термодинамическом равновесии через неподвижную диатермальную стенку, то п₁V₁ / N₁ = п₂V₂ / N₂ куда п_я давление в я-я система, V_я объем, а N_я это сумма (в родинки, или просто количество атомов) газа.

Физический смысл обычной постановки нулевого закона

В данной статье утверждается нулевой закон, как его часто резюмируют в учебниках. Тем не менее, это обычное утверждение, возможно, явно не передает полного физического смысла, лежащего в его основе. Основной физический смысл, возможно, впервые был прояснен Максвелл в его учебнике 1871 года. [2]

Эти идеи можно рассматривать как помогающие прояснить физический смысл обычного утверждения нулевого закона термодинамики. По мнению Либа и Ингвасона (1999), вывод из статистической механики закона увеличения энтропии - это цель, которая до сих пор ускользала от самых глубоких мыслителей. [14] Таким образом, идея остается открытой для рассмотрения, что существование тепла и температуры необходимы как согласованные примитивные концепции для термодинамики, как это выражалось, например, Максвеллом и Планком. С другой стороны, Планк в 1926 году разъяснил, как можно сформулировать второй закон без ссылки на тепло или температуру, указав на необратимую и универсальную природу трения в естественных термодинамических процессах. [15]

История

. вводим постулат: Если два узла находятся в тепловом равновесии с третьим узлом, они находятся в тепловом равновесии друг с другом.

Читайте также: