Định Luật 0 Của Nhiệt động Lực Học Là Gì?

Định luật 0 của nhiệt động lực học phát biểu rằng nếu hai hệ đều ở trạng thái cân bằng nhiệt với hệ thứ ba thì hai hệ thứ nhất cũng cân bằng nhiệt với nhau.

Những điểm rút ra chính: Định luật 0 của Nhiệt động lực học

• Định luật 0 của nhiệt động lực học là một trong bốn định luật của nhiệt động lực học, phát biểu rằng nếu hai hệ ở trạng thái cân bằng nhiệt với hệ thứ ba thì chúng cân bằng nhiệt với nhau.
• Nhiệt động lực học là nghiên cứu về mối quan hệ giữa nhiệt lượng, nhiệt độ, công và năng lượng.
• Nhìn chung, trạng thái cân bằng đề cập đến trạng thái cân bằng không thay đổi tổng thể theo thời gian.
• Cân bằng nhiệt là trường hợp hai vật có thể truyền nhiệt cho nhau ở một nhiệt độ không đổi theo thời gian.

Hiểu về nhiệt động lực học

Nhiệt động lực học là nghiên cứu về mối quan hệ giữa nhiệt lượng, nhiệt độ, công - được thực hiện khi một lực tác dụng lên một vật làm cho vật đó chuyển động - và năng lượng , có nhiều dạng và được định nghĩa là khả năng thực hiện công việc. Bốn định luật nhiệt động lực học mô tả cách các đại lượng vật lý cơ bản về nhiệt độ, năng lượng và entropi thay đổi trong các tình huống khác nhau.

Ví dụ về nhiệt động lực học trong hoạt động, đặt một nồi nước lên bếp đun nóng sẽ làm cho nồi nóng lên vì nhiệt được truyền sang nồi từ bếp. Điều này lại làm cho các phân tử nước nảy ra xung quanh trong chậu. Sự chuyển động nhanh hơn của các phân tử này được quan sát khi nước nóng hơn.

Nếu bếp không nóng, nó sẽ không truyền bất kỳ nhiệt năng nào vào nồi; do đó, các phân tử nước không thể bắt đầu chuyển động nhanh hơn và nồi nước sẽ không nóng lên.

Nhiệt động lực học xuất hiện vào thế kỷ 19, khi các nhà khoa học đang chế tạo và cải tiến động cơ hơi nước, sử dụng hơi nước để giúp di chuyển một vật thể chẳng hạn như tàu hỏa.

Hiểu về trạng thái cân bằng

Nhìn chung, trạng thái cân bằng đề cập đến trạng thái cân bằng không thay đổi tổng thể theo thời gian. Điều này không có nghĩa là không có gì đang xảy ra; đúng hơn, hai ảnh hưởng hoặc lực lượng đang cân bằng lẫn nhau.

Ví dụ, hãy xem xét một quả nặng treo trên một sợi dây gắn trên trần nhà. Lúc đầu, cả hai ở trạng thái cân bằng với nhau và sợi dây không bị đứt. Tuy nhiên, nếu khối lượng nhiều hơn được gắn vào sợi dây, sợi dây sẽ bị kéo xuống và cuối cùng có thể bị đứt vì cả hai không còn ở trạng thái cân bằng.

Cân bằng nhiệt

Cân bằng nhiệt là trường hợp hai vật có thể truyền nhiệt cho nhau ở một nhiệt độ không đổi theo thời gian. Nhiệt có thể được truyền theo nhiều cách, bao gồm nếu các vật thể tiếp xúc với nhau hoặc nếu nhiệt được tỏa ra từ một nguồn như đèn hoặc mặt trời. Hai vật không ở trạng thái cân bằng nhiệt nếu nhiệt độ chung thay đổi theo thời gian, nhưng chúng có thể tiến tới trạng thái cân bằng nhiệt khi vật nóng hơn truyền nhiệt cho vật lạnh hơn.

Ví dụ, hãy xem xét một vật lạnh hơn chạm vào một vật nóng hơn — chẳng hạn như đá đã được bỏ vào một tách cà phê nóng. Sau một thời gian, đá (nước sau này) và cà phê sẽ đạt đến nhiệt độ nhất định giữa đá và cà phê. Mặc dù lúc đầu hai vật thể không ở trạng thái cân bằng nhiệt, nhưng chúng tiến đến - và cuối cùng đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt, tức là nhiệt độ nằm giữa nhiệt độ nóng và lạnh.

Định luật 0 của Nhiệt động lực học là gì?

Định luật 0 của nhiệt động lực học là một trong bốn định luật của nhiệt động lực học, phát biểu rằng nếu hai hệ ở trạng thái cân bằng nhiệt với hệ thứ ba thì chúng cân bằng nhiệt với nhau. Như đã thấy ở phần trên về cân bằng nhiệt, ba vật thể này sẽ tiến tới cùng một nhiệt độ.

Các ứng dụng của định luật số 0 của nhiệt động lực học

Định luật 0 của nhiệt động lực học được thấy trong nhiều tình huống hàng ngày.

• Nhiệt kế có thể là ví dụ nổi tiếng nhất về định luật số 0 trong hoạt động. Ví dụ: giả sử máy điều nhiệt trong phòng ngủ của bạn là 67 độ F. Điều này có nghĩa là bộ điều chỉnh nhiệt ở trạng thái cân bằng nhiệt với phòng ngủ của bạn. Tuy nhiên, do định luật 0 của nhiệt động lực học, bạn có thể giả định rằng cả căn phòng và các đồ vật khác trong phòng (ví dụ như đồng hồ treo trên tường) cũng ở 67 độ F.
• Tương tự như ví dụ trên, nếu bạn lấy một cốc nước đá và một cốc nước nóng và đặt chúng trên mặt bếp trong vài giờ, cuối cùng chúng sẽ đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt với căn phòng, với cả 3 đều đạt cùng nhiệt độ.
• Nếu bạn đặt một gói thịt vào tủ đông và để qua đêm, bạn cho rằng thịt đã đạt đến nhiệt độ tương tự như ngăn đá và các vật dụng khác trong tủ đông.