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热力学第零定律

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

(图片仅供参考)

该定律确立了热平衡的概念。如果两个系统分别与第三个独立系统处于热平衡,则它们彼此之间也处于热平衡。这种传递性使得温度可以正式定义为状态函数,并为构建温度计和通用温标提供了合理的基础。

热力学第零定律是基础定律,但它的提出时间远晚于第一和第二定律被广泛接受的时间,因此其编号方式也颇为特殊。在正式表述之前,温度是一个直观的概念,但该定律提供了严谨的数学和物理基础。它将温度定义为一个强度属性,当两个系统处于热平衡状态时,该属性相等。这意味着,如果系统 A 与系统 C 处于平衡状态,并且系统 B 也与系统 C 处于平衡状态,则 A 和 B 彼此处于平衡状态。系统 C 可以被认为是一个温度计。

这条定律至关重要,因为它证实了温度计作为测量任何其他系统温度的可靠工具的有效性。没有它,就无法保证温度计上读数相同的两个物体实际上温度相同。第零定律的创新之处不在于发现了一种新的物理现象,而在于认识并形式化了一条已被隐含运用的原理。它将温度从单纯的比较测量提升为一个精确定义的状态变量,为其他热力学定律的数学表述铺平了道路。

UNESCO Nomenclature: 2212
热力学、统计物理学和凝聚态物质

类型

抽象系统

中断

Foundational

用法

广泛使用

前体

  • 伽利略·伽利莱发明的温度计
  • 华氏、摄氏度和开尔文标准温标的开发
  • 热量和量热学的早期概念
  • 关于热的本质的理论,包括热质理论

应用程序

  • 温度计(水银、酒精、电子)
  • 暖通空调系统恒温器
  • 科学和工业温度传感器的校准
  • 气象学用于一致的天气测量
  • 过程控制 in chemical engineering

专利:

NA

潜在创新理念

  • 用于细胞内测量的自校准纳米级温度计
  • 使用全球分布的热平衡传感器的人工智能驱动气候模型
  • 根据与参考物体达到热平衡而改变属性的智能材料
  • 用于超低温物理的量子热平衡传感器
  • 全球同步温度监测网络用于农业优化
  • 报告特定组织热平衡的生物集成传感器
  • 根据芯片平衡状态重新路由进程的热感知计算架构
  • 先进的暖通空调系统,利用机器学习更快地预测并实现平衡
  • 食品安全传感器指示产品何时与其烹饪介质达到热平衡
  • wearable technology that monitors the body’s thermal equilibrium with the immediate environment for health alerts
相关术语:热力学第零定律、热平衡、温度、温度计、热力学、传递性质、状态函数、热量、系统、经验温度。

历史背景

热力学第零定律

1927
1927
1930
1930
1930
1931
1932
1926
1927
1927
1930
1930
1930
1931
1932

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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