Termodinàmica.
Transformació de l'energia

Energia tèrmica i combustió.
Efectes de la termodinàmica

Entropia

Llei zero de la termodinàmica

Llei zero de la termodinàmica

La llei zero de la termodiámica parla del que experimentem cada dia: dos sistemes que estan en equilibri tèrmic amb un tercer estan en equilibri entre si. Es diu que dos cossos estan en equilibri tèrmic quan, en posar-se en contacte, les seves variables d'estat no canvien. Al voltant d'aquesta simple idea s'estableix la llei zero.

Tota llei de la física té la seva rellevància, així com la llei zero de la termodinàmica, que curiosament va ser l'última de les lleis de la termodinàmica a ser introduïda en la literatura. Després de la constatació que la calor és una forma d'energia que podria ser transformada en una altra, la termologia va passar a ser cridada termodinàmica. Per obtenir una estructura lògica en la presentació de la termodinàmica, calia col·locar una altra llei abans de les que ja havien estat enunciades (primera llei de la termodinàmica i segona llei de la termodinàmica). Així, aquesta altra llei va rebre el nom de llei zero de la termodinàmica.

Si A està en equilibri amb B i A també està en equilibri tèrmic amb C, podem concloure que B està en equilibri tèrmic amb C.Con els fonaments d'aquesta llei, podem garantir la possibilitat d'usar un termòmetre Z per esbrinar si dos cossos X i Y estan en equilibri. Per a això, només cal comprovar si els dos cossos tenen la mateixa temperatura.

Història de la llei zero de la termodinàmica

Les idees de "calent" i "fred" sempre han format part de les experiències sensorials de l'home. De fet, dos dels primers científics que van expressar aquestes idees van ser Leonardo da Vinci i Galileu. Aquests científics sabien que al contacte amb un tercer cos, usualment l'aire, dos o més cossos en contacte amb ell "es barrejaven d'una manera apropiada fins a aconseguir una mateixa condició".

Aquesta condició era aconseguida a causa de la tendència dels cossos calents de difondre la seva energia als cossos més freds. Aquest flux d'energia és denominat calor o energia calorífica. Així, podem percebre la tendència de la calor a difondre de qualsevol cos calent cap a altres més freds en els seus voltants. Aquesta transferència de calor té lloc fins que cap dels cossos del sistema és capaç d'absorbir més calor.

Ralph H. Fowler La llei zero de la termodinàmica té aquesta denominació gràcies a Ralph H. Fowler (1889-1944), un gran físic anglès, que al segle XX després de molt temps de desenvolupament de la llei experimental, la va considerar com una llei bàsica. Si aquesta llei el concepte de temperatura no podria ser definit i es va postular que: "Si dos cossos estan en equilibri tèrmic amb un tercer, estaran en equilibri tèrmic entre si". No obstant això, es va fer necessària l'estructuració de la presentació de la termodinàmica d'una forma més lògica, com la primera i la segona llei ja havien estat formulades, llavors va sorgir el terme llei zero de la termodinàmica. Des de llavors aquesta denominació ve sent utilitzada en física.

Conceptes per comprendre la llei zero de la termodinàmica

Per comprendre la llei zero de la termodinàmica considerem el comportament de dos o més sistemes constituïts de la següent manera.

Els sistemes A i B estan separats entre si per una paret adiabàtica (una paret que no permet a intercanvi de calor). Cadascun dels dos punts està en contacte tèrmic amb el tercer sistema C a través de parets diatèrmiques (parets que permeten l'intercanvi d' energia tèrmica), estant tot el conjunt envoltat per una paret adiabàtica. La nostra experiència diu que els dos sistemes arribaran l'equilibri tèrmic amb el tercer i que no tindrà lloc cap canvi posterior si la paret adiabàtica que separa A i B es reemplaça per una paret diatèrmica.

Un exemple que ajudarà a comprendre millor el concepte de la llei zero de la termoidinámica: considera un cos B que consisteix en un tub amb un capil·lar contenint mercuri i els nivells d'altura sobre el capil·lar representa diferents temperatures.

Ara considera un cos A, per exemple el cos humà, si acostes el termòmetre al cos humà i ho deixes prou temps, el termòmetre arribarà al valor corresponent a la seva temperatura, és a dir, el termòmetre i el cos humà estaran en equilibri tèrmic entre si i per tant tindran el mateix valor numèric per a la propietat temperatura. La forma d'escollir una escala termomètrica és absolutament arbitrària i no la discutirem aquí.

Enunciat de la llei zero de la termodinàmica

Aquestes experiències poden resumir-se en una llei anomenada la llei zero de la termodinàmica: Dos sistemes en equilibri tèrmic amb un tercer estan en equilibri entre si "

La llei zero de la termodinàmica ens permet diferenciar els cossos entre si pel que fa al seu "grau d'escalfament". Aquest atribut, que és una propietat del sistema, el identificarem amb la seva temperatura, que resulta ser un concepte macroscòpic (mesurable).

A través d'aquests conceptes podem entendre el funcionament dels dispositius anomenats termòmetres, que són els aparells que precisament mesuren la propietat temperatura dels cossos.

Cal destacar que la formulació de la llei zero de la termodinàmica conté tres idees fermes:

  • L'existència d'una variable d'estat, anomenada temperatura.
  • La igualtat de temperatures com una condició per a l'equilibri tèrmic entre dos sistemes, o entre parts del mateix sistema.
  • L'existència d'una relació entre les variables independents del sistema i la temperatura, anomenada equació d'estat.
valoración: 3 - votos 6

Última revisió: 21 de desembre de 2017