ما هو قانون Zeroth للديناميكا الحرارية؟

ال قانون الصفر للديناميكا الحرارية تنص على أنه إذا كان نظامان في حالة توازن حراري مع نظام ثالث ، فإن النظامين الأولين يكونان أيضًا في حالة توازن حراري مع بعضهما البعض.

الوجبات الجاهزة الرئيسية: قانون Zeroth للديناميكا الحرارية

الديناميكا الحرارية هي دراسة العلاقة بين الحرارة ودرجة الحرارة عمل—الذي يتم إجراؤه عند فرض تطبيقه على كائن يؤدي إلى تحرك هذا الكائن - و الطاقةالذي يأتي بأشكال عديدة ويعرف بأنه سعة للقيام بالعمل. الأربعة قوانين الديناميكا الحرارية وصف كيف أن الكميات الفيزيائية الأساسية لدرجة الحرارة والطاقة وتغير الكون في حالات مختلفة.

كمثال على الديناميكا الحرارية في العمل ، فإن وضع وعاء من الماء على موقد ساخن سيؤدي إلى تسخين الوعاء لأن يتم نقل الحرارة إلى القدر من الموقد. وهذا بدوره يتسبب في ارتداد جزيئات الماء في الوعاء. لوحظت الحركة الأسرع لهذه الجزيئات كمياه ساخنة.

إذا لم يكن الموقد ساخناً ، لما نقل أي طاقة حرارية إلى الوعاء ؛ وبالتالي ، لم يكن من الممكن لجزيئات الماء أن تبدأ في التحرك بشكل أسرع ولن يسخن وعاء الماء.

الديناميكا الحرارية ظهرت في 19^العاشر القرن ، عندما كان العلماء يبنون ويحسنون المحركات البخارية ، التي تستخدم البخار للمساعدة في تحريك جسم مثل القطار.

بشكل عام ، حالة توازن يشير إلى حالة متوازنة لا تتغير شاملة مع الوقت. هذا لا يعني أن لا شيء يحدث. بدلا من ذلك ، أن هناك تأثيران أو قوة توازنان بعضهما البعض.

ضع في اعتبارك ، على سبيل المثال ، وزنًا معلقًا من سلسلة متصلة بالسقف. في البداية ، يكون الاثنان في حالة توازن مع بعضهما البعض ولا تنكسر السلسلة. إذا تم ربط وزن أكبر بالسلسلة ، فسيتم سحب السلسلة لأسفل وقد تنكسر في النهاية لأن الاثنين لم يعدا في حالة توازن.

توازن حراري يشير إلى الحالة التي يبقى فيها شيئان يمكنهما نقل الحرارة لبعضهما البعض عند درجة حرارة ثابتة بمرور الوقت. يمكن نقل الحرارة بعدة طرق ، بما في ذلك إذا كانت الأجسام على اتصال مع بعضها البعض أو إذا كانت الحرارة مشعة من مصدر مثل المصباح أو الشمس. لا يوجد شيئان في حالة توازن حراري إذا تغيرت درجة الحرارة الإجمالية بمرور الوقت ، ولكنهما يمكنهما الاقتراب من التوازن الحراري لأن الجسم الأكثر حرارة ينقل الحرارة إلى درجة الحرارة الأكثر برودة.

ضع في اعتبارك ، على سبيل المثال ، جسمًا أكثر برودة يلمس جسمًا أكثر حرارة - مثل الثلج الذي تم إسقاطه في فنجان قهوة ساخن. بعد مرور بعض الوقت ، سيصل الثلج (الماء لاحقًا) والقهوة إلى درجة حرارة معينة تقع بين درجة حرارة الثلج والقهوة. على الرغم من أن الجسمين لم يكنا في حالة توازن حراري في البداية ، إلا أنهما مقاربة- والوصول في نهاية المطاف - التوازن الحراري ، ودرجة الحرارة بين درجات الحرارة الساخنة والباردة.

ال قانون الصفر للديناميكا الحرارية هو أحد القوانين الأربعة للديناميكا الحرارية ، التي تنص على أنه إذا كان نظامان في حالة توازن حراري مع نظام ثالث ، فإنهما في حالة توازن حراري مع بعضهما البعض. كما يتبين من القسم أعلاه حول التوازن الحراري ، فإن هذه الأجسام الثلاثة ستقترب من نفس درجة الحرارة.

يُرى قانون الذروة للديناميكا الحرارية في العديد من المواقف اليومية.

• ال ميزان الحرارة قد يكون المثال الأكثر شهرة لقانون zeroth في العمل. على سبيل المثال ، لنفترض أن منظم الحرارة في غرفة نومك يقرأ 67 درجة فهرنهايت. هذا يعني أن الترموستات في حالة توازن حراري مع غرفة نومك. ومع ذلك ، بسبب قانون zeroth للديناميكا الحرارية ، يمكنك افتراض أن كل من الغرفة والأشياء الأخرى في الغرفة (على سبيل المثال ، ساعة معلقة في الحائط) تكون أيضًا عند 67 درجة فهرنهايت.
• على غرار المثال أعلاه ، إذا كنت تأخذ كوبًا من الماء المثلج وكوبًا من الماء الساخن وتضعه على المطبخ كونترتوب لبضع ساعات ، سيصلون في النهاية إلى توازن حراري مع الغرفة ، مع وصول الثلاثة إلى نفس المستوى درجة الحرارة.
• إذا قمت بوضع عبوة من اللحم في المجمد وتركتها طوال الليل ، فإنك تفترض أن اللحم وصل إلى نفس درجة حرارة المجمد والعناصر الأخرى في المجمد.