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Nullter Hauptsatz der Thermodynamik

1930
  • Ralph H. Fowler
Thermodynamics laboratory with various thermometers and calibration equipment.

Dieses Gesetz begründet das Konzept des thermischen Gleichgewichts. Befinden sich zwei Systeme jeweils im thermischen Gleichgewicht mit einem dritten, unabhängigen System, befinden sie sich auch untereinander im thermischen Gleichgewicht. Diese transitive Eigenschaft ermöglicht die formale Definition der Temperatur als Zustandsfunktion und bietet eine rationale Grundlage für die Konstruktion von Thermometern und universellen Temperaturskalen.

Der nullte Hauptsatz der Thermodynamik ist grundlegend, wurde jedoch erst lange nach der allgemeinen Akzeptanz des ersten und zweiten Hauptsatzes formuliert, daher seine ungewöhnliche Nummerierung. Vor seiner formellen Formulierung war Temperatur ein intuitives Konzept, doch der Hauptsatz lieferte eine strenge mathematische und physikalische Grundlage. Er definiert Temperatur als intensive Eigenschaft, die gleich ist, wenn sich zwei Systeme im thermischen Gleichgewicht befinden. Das bedeutet: Wenn System A mit System C im Gleichgewicht ist und System B ebenfalls mit System C im Gleichgewicht ist, dann sind A und B miteinander im Gleichgewicht. System C kann man sich als Thermometer vorstellen.

Dieses Gesetz ist von entscheidender Bedeutung, da es die Verwendung eines Thermometers als zuverlässiges Instrument zur Messung der Temperatur jedes anderen Systems bestätigt. Ohne dieses Gesetz gäbe es keine Garantie dafür, dass zwei Objekte mit gleichem Thermometerwert tatsächlich die gleiche Temperatur haben. Das Neue am Nullten Hauptsatz war nicht die Entdeckung eines neuen physikalischen Phänomens, sondern die Anerkennung und Formalisierung eines bereits implizit verwendeten Prinzips. Es erhob die Temperatur von einem bloßen Vergleichsmaß zu einer präzise definierten Zustandsgröße und ebnete den Weg für die mathematischen Formulierungen der anderen Hauptsätze der Thermodynamik.

UNESCO Nomenclature: 2212
– Thermodynamics, statistical physics, and condensed matter

Typ

Abstraktes System

Unterbrechung

Grundlegendes

Verwendung

Weit verbreitete Verwendung

Vorläufersubstanzen

  • Erfindung des Thermoskops durch Galileo Galilei
  • Entwicklung standardisierter Temperaturskalen in Fahrenheit, Celsius und Kelvin
  • frühe Konzepte von Wärme und Kalorimetrie
  • Theorien über die Natur der Wärme, einschließlich der Kalorientheorie

Anwendungen

  • Thermometer (Quecksilber, Alkohol, digital)
  • Thermostate für HLK-Systeme
  • Kalibrierung von wissenschaftlichen und industriellen Temperatursensoren
  • Meteorologie für konsistente Wettermessungen
  • Prozesskontrolle in chemical engineering

Patente:

NA

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