热力学第零定律

✍ dations ◷ 2025-04-02 13:17:00 #热力学定律

热力学第零定律(英语:Zeroth Law of Thermodynamics),又称热平衡定律,是热力学的四条基本定律之一,是一个关于互相接触的物体于热平衡时的描述,并为温度提供了理论基础。最常用的定律表述是:

换句话说,第零定律是指:在一个数学二元关系之中,热平衡是递移的。

第零定律比起其他任何定律更为基本,但直到二十世纪三十年代前一直都未有察觉到有需要把这种现象以定律的形式表达。第零定律是由英国物理学家拉尔夫·福勒于1939年正式提出,比热力学第一定律和热力学第二定律晚了80余年,但是第零定律是后面几个定律的基础,所以叫做热力学第零定律。

一个热平衡系统的宏观物理性质(压强、温度、体积等)都不会随时间而改变。一杯放在餐桌上的热咖啡,由于咖啡正在冷却,所以这杯咖啡与外界环境并非处于平衡状态。当咖啡不再降温时,它的温度就相当于室温,并且与外界环境处于平衡状态。

两个互相处于平衡状态的系统会满足以下条件:

因此,热平衡是热力学系统之间的一种关系。数学上,第零定律表示这是一种等价关系。(技术上,需要同时包括系统自己亦都处于热平衡。)

第零定律说明任何两个系统的热平衡关系都是等价的,而经常被认为可于建立一个温度函数;更随便的说法是可以制造温度计。而这个问题是其中一个热力学和统计力学哲学的题目。

在热力学变量的空间中,温度为定值的区域可看作一个面,其为邻近的面提供自然的顺序。于是可建立一个连续的总体温度函数。按此定义的温度实际上未必如摄氏温度尺般,而是一个函数。该恒温面的维度是热力学变量的总数减一,例如对于有三个热力学变量 P {\displaystyle P} V {\displaystyle V} n {\displaystyle n} 的理想气体,其恒温面是块二维面。若两个均为理想气体的系统处于热平衡,则:

P 1 V 1 N 1 = P 2 V 2 N 2 {\displaystyle {\frac {P_{1}V_{1}}{N_{1}}}={\frac {P_{2}V_{2}}{N_{2}}}}

其中, P i {\displaystyle P_{i}} 是第 i {\displaystyle i} 个系统的压力, V i {\displaystyle V_{i}} 是第 i {\displaystyle i} 个系统的体积, N i {\displaystyle N_{i}} 是第 i {\displaystyle i} 个系统的摩尔数或原子数目。

这样,温度相同时 P V / N {\displaystyle PV/N} 为一常数,故可引入常数 R {\displaystyle R} 来定义温度 T {\displaystyle T} ,使得 P V / N = R T {\displaystyle PV/N=RT} 。这样,这种系统可作为温度计较准其他系统,此即为理想气体温度计。

相关

  • 苯甲基磺酰氟苯甲基磺酰氟(phenylmethanesulfonylfluoride or phenylmethylsulfonyl fluorid,PMSF)是一种丝氨酸蛋白酶抑制剂,在生物化学领域,常被用来制备细胞裂解液。PMSF在水中会迅速降解,
  • 倒果为因倒果为因或因果倒置(Reverse causation),是一种非形式谬误,是指把原因误认为是结果,或把结果误认为是原因。因果关系经常是基于二件事物的高度相关性,倒果为因谬误通常是因误判其
  • 接触角接触角(英语:Contact angle)是意指在液体/气体界面接触固体表面而形成的夹角。接触角是由三个不同界面相互作用的一个系统。最常见的概念解说是,一个小液滴在一单位横向的固体表
  • 伦纳德·克莱因罗克伦纳德·克莱因罗克 (英语:Leonard Kleinrock,1934年6月13日-),美国工程师和计算机科学家。他是加州大学洛杉矶分校亨利·萨穆埃利工程与应用科学学院计算机科学教授。他在计算机
  • 牛津纺牛津纺,又称牛津布,一种织物面料,主要用于制作牛津纺衬衫。特点是易洗速干、手感松软、穿着舒适等。牛津纺有纯棉的,也有涤棉混纺的。牛津纺始于1900年左右。
  • 步行虫步行虫科(Carabidae,Ground beetles)也称为步甲科,是鞘翅目(甲虫)中,世界性分布(英语:cosmopolitan distribution)的一个科。全世界有超过四万种,北美洲有二千种,而欧洲有二千七百种。在
  • 菲茨威廉学院剑桥大学菲茨威廉学院(Fitzwilliam College, Cambridge ,简称‘Fitz’)是剑桥大学下属的一个学院。菲茨威廉学院始建于1869年,学院的起源与非学院学生委员会(Non-Collegiate Stud
  • 家政课家政是家庭事务的管理工作,属于一种职业或一个行业。家政学是研究家政的学科,是社会科学的一种。以研究人与自然环境、社会环境的互动,并以提升个人及家庭的生活品质为目标。
  • 三立台湾台1993年9月1日 (26年215天)三立台湾台,是台湾三立电视旗下的电视频道之一,主要播放节目类型为台湾话连续剧、歌唱节目、美食节目,2014年11月1日起,启用高清版“三立台湾台HD”。三
  • 因提夫三世因提夫三世(Intef III)古埃及古王国时期第十一王朝的国王。作为儿子继承了父王的王位。他保卫了领土,维持了和平。