חוק האפס של התרמודינמיקה

חוק האפס של התרמודינמיקה הוא חוק פיזיקלי בסיסי, הקובע כי:

שני גופים הנמצאים, כל אחד בנפרד, בשיווי-משקל תרמי עם גוף שלישי, נמצאים בשיווי-משקל תרמי האחד עם השני גם כן.

בניסוח מתמטי יותר, יחס שיווי-המשקל התרמי הוא טרנזיטיבי.

שיווי-משקל תרמי בין שתי מערכות הוא מצב שבו הפרמטר התרמודינמי של הטמפרטורה קבוע בין מערכות, אך הפרמטרים האחרים רשאים להשתנות (למשל, לחץ, נפח, אנטרופיה, מספר חלקיקים ופוטנציאל כימי), במילים אחרות – במצב זה לא מתקיים מעבר של חום בין המערכות. למשל, כוס תה חם אינה נמצאת בשיווי-משקל תרמי עם חדר ממוזג, עד אשר תתקרר לטמפרטורה של הסביבה, אך למרות השוואת החום, עדיין ישנו אידוי של מים מהכוס לאוויר (מספר חלקיקים משתנה).

היסטוריה

השם "חוק האפס של התרמודינמיקה" מקורו בכך שחוק זה נוסח ונקבע כחוק פיזיקלי רק בשנות ה-30 של המאה ה-20, אחרי ששלושת החוקים הראשונים של התרמודינמיקה נוסחו ומספורם השתרש. הסיבה לניסוח המאוחר היא שחוק זה נראה לפיזיקאים רבים מובן מאליו ולכן קביעתו כחוק פיזיקלי נפרד נראתה מיותרת.

ניסוח פורמלי

עבור מערכת קנונית המצומדת לאמבט תרמי ניתן להגדיר טמפרטורה דרך פרמטר שיווי המשקל
$\beta ={\frac {1}{K_{B}\,T}}$ כאשר $\ K_{B}$ הוא קבוע בולצמן.