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Loi zéro de la thermodynamique

Loi zéro de la thermodynamique

La loi zéro de la thermodynamique stipule que «si deux systèmes qui sont en équilibre thermique avec un troisième système, ils sont également en équilibre l'un avec l'autre». Il est également connu comme le principe zéro de la thermodynamique.

Si A est en équilibre avec B et A est également en stabilité thermique avec un troisième corps C, on peut conclure que B est en équilibre thermique avec C.

Deux corps sont en équilibre thermodynamique lorsque, au contact, leurs variables d'état ne changent pas. S'ils ne sont pas en stabilité thermique, ils transféreront de la chaleur ou de l'énergie et atteindront l'équilibre thermique.

La loi zéro a été la dernière principe de la thermodynamique à être introduite. Il fallait le placer avant que les autres lois n'obtiennent une structure logique. La loi a été nommée la loi Zeroth de la thermodynamique par le mathématicien britannique Ralph H. Fowler.

Selon David McKee, professeur de physique à la Missouri Southern State University, la loi Zeroth "nous dit que peu importe la quantité d'énergie que deux systèmes ont. (...) La loi Zeroth dit que la température définit la direction du flux de chaleur." 

Exemples d'applications de la loi zéro de la thermodynamique

Du glace et de l'eau

Nous mettons un morceau de glace et un verre plein d'eau à température ambiante. Dans cette expérience, trois éléments apparaissent, qui sont la glace, l'eau et un verre.

Loi zéro de la thermodynamiqueAu départ, puisque nous avons des éléments chauds et froids, les trois échangeront chaleur et énergie jusqu'à ce qu'ils atteignent l'équilibre thermique. Après un certain temps, les trois parties auront la même température que celle qui énonce la loi zéro.

Exemple de thermomètre

Un autre exemple qui aidera à mieux comprendre le concept d'équilibre thermique est celui d'un thermomètre.

Considérons un corps B constitué d'un tube avec un capillaire contenant du mercure. Leurs niveaux de hauteur au-dessus de la veine représentent des températures différentes.

Considérons maintenant le corps A, par exemple, le corps humain. Si vous approchez le thermomètre de votre corps et le laissez suffisamment longtemps, le thermomètre atteindra la valeur correspondant à la température corporelle.

Comme le corps humain a une température plus élevée, la chaleur s'écoule vers le thermomètre puisque les deux atteignent l'équilibre thermodynamique en suivant les règles établies par la loi zéro.

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Date de publication : 29 juin 2016
Dernier examen : 29 octobre 2020