Princípio zero da termodinâmica

O princípio zero da termodinâmica permite definir em termodinâmica a noção de temperatura , como uma quantidade detectável. A termometria é responsabilidade deste princípio zero.

O estudo do gás real a baixas pressões possibilitará (via lei de Avogadro) dar à temperatura absoluta T o estado de uma grandeza mensurável, que será finalizada com o segundo princípio da termodinâmica e a entropia variável do estado de equilíbrio . Na verdade, o "princípio zero" é então deduzido do segundo princípio e, de fato, apenas desfruta do status efêmero de introdução ao conceito de temperatura detectável.

Temperatura como uma quantidade identificável

Como indica a temperatura do artigo , a percepção de quente e frio é perturbada pela noção de efusividade térmica e pela memória de histerese.

Como de costume na física, avançamos formulando uma definição que se baseia em uma observação experimental elevada à categoria de princípio e que não conduz a uma contradição interna. Aqui, a observação é a existência de estados de equilíbrio por contato térmico: dois sistemas e são colocados em contato térmico se a transferência de energia for permitida, entre os dois. Ao final de um certo tempo (conhecido como relaxamento térmico), nota-se que nada evolui mais: diz-se que os dois sistemas estão em estado de equilíbrio (térmico). No conjunto de todos os sistemas termodinâmicos, a relação "estar em equilíbrio térmico com" é então uma relação de equivalência . Na verdade, podemos ver experimentalmente que as três propriedades que definem uma relação de equivalência são verificadas: S1{\ displaystyle S_ {1}} $S_1$ S2{\ displaystyle S_ {2}} $S_2$
- $S_1$ permanece em equilíbrio: a relação é reflexiva .
- Se está em equilíbrio térmico com , então está em equilíbrio térmico com e vice-versa: a relação é
simétrica .S1{\ displaystyle S_ {1}} $S_1$ S2{\ displaystyle S_ {2}} $S_2$ S2{\ displaystyle S_ {2}} $S_2$ S1{\ displaystyle S_ {1}} $S_1$
Finalmente, é transitivo : se está em equilíbrio com e em equilíbrio com , então ponhamos em contato térmico com : o equilíbrio já foi alcançado. Dizemos isso , e estamos na mesma "classe de equivalência", a dos sistemas com a mesma temperatura. Ao elevar esta lei experimental ao nível de Princípio zero, podemos definir uma quantidade chamada “temperatura empírica” numerando as classes de equivalência, ou seja, associando um valor a cada uma. $S_1$ $S_2$ $S_2$ $S_ {3}$ $S_1$ $S_ {3}$ $S_1$ $S_2$ $S_ {3}$
A temperatura é uma quantidade física detectável : podemos dizer que tem uma temperatura superior a do sistema se a transferência de energia se dá a partir de vermes . Além disso, o conjunto de estados de equilíbrio satisfaz essa "relação de ordem total": isso permite classificar as classes de equivalência pelo número real ordenado em temperatura superior ou inferior. $S_1$ $T_1$ $T_2$ $S_2$ $S_1$ $S_2$
Qualquer grandeza G cuja medida g (fornecida com uma unidade), variando monotonicamente com a temperatura definida acima, é chamada de grandeza termométrica e permite definir um termômetro.
Um exemplo: observa-se a baixa pressão constante que todos os gases têm seu volume que aumenta com a temperatura. Cada gás permite, assim, definir uma temperatura detectável: nasceu a termometria .

Um estudo mais aprofundado da temperatura T

O estudo subsequente dos gases por Charles e Gay-Lussac, então a lei de Avogadro (1811) levará no século 18 à noção de temperatura absoluta T do gás ideal e um grande passo será dado por Clausius em 1865, que ligará entropia S e a chamada temperatura termodinâmica. Finalmente Boltzmann dará uma compreensão detalhada da variável de estado de equilíbrio S.