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Loi zéro de la thermodynamique

Loi zéro de la thermodynamique

La loi zéro de la thermodynamique parle de ce que nous vivons tous les jours: deux systèmes en équilibre thermique avec un tiers sont en équilibre. On dit que deux corps sont en équilibre thermique quand, en se touchant, leurs variables d'état ne changent pas. Autour de cette idée simple, la loi zéro est établie.

Toutes les lois de la physique ont leur pertinence, de même que la loi zéro de la thermodynamique, qui était curieusement la dernière des lois de la thermodynamique à être introduite dans la littérature. Après avoir réalisé que la chaleur est une forme d'énergie qui pourrait être transformée en une autre, la thermologie s'appelait la thermodynamique. Pour obtenir une structure logique dans la présentation de la thermodynamique, il était nécessaire de placer une autre loi avant celles qui avaient déjà été énoncées (première loi de la thermodynamique et deuxième loi de la thermodynamique). Ainsi, cette autre loi a été appelée la loi zéro de la thermodynamique. Si A est en équilibre avec B et A est également en équilibre thermique avec C, on peut conclure que B est en équilibre thermique avec C. En droit, nous pouvons garantir la possibilité d'utiliser un thermomètre Z pour déterminer si deux corps X et Y sont en équilibre. Pour ce faire, vérifiez simplement si les deux corps ont la même température.

Histoire de la loi zéro de la thermodynamique

Les idées de "chaud" et de "froid" ont toujours fait partie des expériences sensorielles de l'homme. En fait, deux des premiers scientifiques qui ont exprimé ces idées étaient Leonardo Da Vinci et Galileo. Ces scientifiques savaient qu'au contact d'un troisième corps, généralement l'air, deux ou plusieurs corps en contact avec lui «se sont mélangés de manière appropriée jusqu'à atteindre le même état».

Cette condition est due à la tendance des corps chauds à diffuser leur énergie dans des corps plus froids. Ce flux d'énergie est appelé chaleur ou énergie thermique. Ainsi, nous pouvons percevoir la tendance de la chaleur à se propager d'un corps chaud à un autre plus froid dans son environnement. Ce transfert de chaleur a lieu jusqu'à ce qu'aucun des corps du système ne puisse absorber plus de chaleur.

Ralph H. Fowler La loi zéro de la thermodynamique a ce nom grâce à Ralph H. Fowler (1889-1944), un grand physicien anglais qui, au vingtième siècle, après une longue période de développement du droit expérimental, le considérait comme loi de base. Si cette loi ne pouvait pas définir le concept de température et postuler que: "Si deux corps sont en équilibre thermique avec un troisième, ils seront en équilibre thermique l'un avec l'autre". Cependant, il est devenu nécessaire de structurer la présentation de la thermodynamique de manière plus logique, puisque la première et la deuxième loi ont déjà été formulées, le terme de loi zéro de la thermodynamique est alors apparu. Depuis lors, cette dénomination a été utilisée en physique.

Concepts pour comprendre la loi zéro de la thermodynamique

Pour comprendre la loi zéro de la thermodynamique, considérons le comportement de plusieurs systèmes constitués de la manière suivante.

Les systèmes A et B sont séparés les uns des autres par un mur adiabatique (un mur qui ne permet pas d'échange de chaleur). Chacun des deux points est en contact thermique avec le troisième système C à travers des parois diathermiques (parois permettant l'échange d' énergie thermique), le tout étant entouré d'une paroi adiabatique. Notre expérience indique que les deux systèmes atteindront l'équilibre thermique avec le troisième et qu'aucun autre changement n'aura lieu si la paroi adiabatique séparant A et B est remplacée par une paroi diathermique.

Un exemple permettra de mieux comprendre le concept de termoidinámica zéro de la loi: B considéré comme un corps constitué d'un tube avec un capillaire contenant du mercure et dont les niveaux de hauteur sur le capillaire représente différentes températures.

Considérons maintenant un corps A, par exemple, le corps humain, si vous approchez du corps du thermomètre et de laisser suffisamment de temps, le thermomètre a atteint la valeur de température correspondante, à savoir, le thermomètre et le corps humain sera en équilibre thermique entre oui et donc ils auront la même valeur numérique pour la propriété de température. La manière de choisir une échelle thermométrique est absolument arbitraire et nous n'en discuterons pas ici.

Déclaration de la loi zéro de la thermodynamique

Ces expériences peuvent être résumées dans une loi appelée la loi zéro de la thermodynamique: deux systèmes en équilibre thermique avec un tiers sont en équilibre les uns avec les autres "

La loi zéro de la thermodynamique nous permet de différencier les corps les uns des autres en ce qui concerne leur "degré de réchauffement". Cet attribut, qui est une propriété du système, sera identifié avec sa température, ce qui se révèle être un concept macroscopique (mesurable).

Grâce à ces concepts, nous pouvons comprendre le fonctionnement des appareils appelés thermomètres, qui sont les dispositifs qui mesurent précisément la propriété de température des corps.

Il convient de noter que la formulation de la loi zéro de la thermodynamique contient trois idées fermes:

  • L'existence d'une variable d'état, appelée température.
  • L'égalité des températures comme condition d'équilibre thermique entre deux systèmes ou entre des parties d'un même système.
  • L'existence d'une relation entre les variables indépendantes du système et la température, appelée équation d'état.
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Dernier examen: 21 décembre 2017