Тепловое равновесие. Нулевое начало термодинамики

Пусть системы 1 и 2 в отдельности находятся в состоянии теплового равновесия с системой 3, то они, если их привести в состояние теплового контакта, будут находиться в равновесии друг с другом.

Этот подтверждаемый опытом факт по предложению Фаулера и Гугенгейма иногда называют нулевым началом термодинамики. Следовательно, можно установить некоторый параметр, равенство которого для различных систем будет определять наличие теплового равновесия. Этот параметр носит интенсивный характер и получил название температуры.

Рисунок 1.1 К определению нулевого начала термодинамики

Термометр и эмпирическая температура

У всех систем, находящихся в тепловом равновесии, температура одинакова. Это свойство может быть использовано для создания приборов по измерению температуры. Обычно их называют термометрами, применение которых основано на том, что два соприкасающихся тела через некоторое время приходят в состояние теплового равновесия, т. е. принимают одинаковую температуру.

Существует понятие термодинамической и эмпирической температуры. Эмпирическую температуру обозначают буквой t и ее единицей в системе СИ является градусов Цельсия. Термодинамической или абсолютной температурой называется температура, не зависящая от свойств применяемого термометрического вещества и определяемая на основе Второго начала термодинамики. Единица измерения в шкале Кельвина – К. Единицы эмпирической и термодинамической шкал температуры равны между собой 1°С = 1 К. Термометр представляет собой термометрическое вещество, у которого некоторое свойство изменяется с изменением температуры по известной закономерности, желательно линейной. Это свойство называется термометрическим, например, давление или объем идеального газа, термо-ЭДС, электрическое сопротивление и т. д.

Для жидкостного, например, ртутного термометра, эмпирическая температура может быть определена из зависимости:

,

если зафиксированы две реперные (базовые) точки, для которых измеренным длинам и столба жидкости, соответствуют температуры и .

Связь между эмпирической и термодинамической температурами достаточно проста:

К.

Кроме температуры Цельсия пользуются температурной шкалой со смещенной точкой отсчета – температурной шкалой Фаренгейта, причем . В этом случае температуры по Фаренгейту и Цельсию связаны между собой соотношением:

,

Согласно молекулярно-кинетической теории

, (1.1)

где – масса молекулы, кг;

– средняя квадратичная скорость молекулы, м/с;

Абсолютный ноль температуры должен соответствовать такому состоянию тела, при котором прекращается поступательное движение молекул идеального газа.