热平衡计算公式(热力学第零定律——热平衡定律，为什么不是热力学第四定律呢？)

Posted 2023-06-02

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热平衡计算公式(热力学第零定律——热平衡定律，为什么不是热力学第四定律呢？)

热力学第一定律提出于1850年左右。

热力学第二定律提出于1850-1851年之间。

热力学第三定律提出于1905年。

而热力写第零定律却是在1931年提出的。如果按提出的先后顺序来讲，应该被称为第四定律才对，可为什么被定义为第零定律呢？其实主要的原因是因为第零定律是第一、二、三定律的基础，所以它排在最前面。如果它在1850年前提出的话，它就应该是排在第一位了，其他三定律依次为二、三、四定律。那到底第零定律讲了什么呢？

“若两个热力学系统均与第三个系统处于热平衡状态，此两个系统也必互相处于热平衡。”

这好像是显而易见的。所以虽然人们早就觉察到这种现象，但直到二十世纪三十年代前一直都未有人们想把它以定律的形式表达出来。1931年，英国物理学家拉尔夫·福勒正式提出热力学第零定律，比热力学第一定律和热力学第二定律晚了整整80余年。

为什么说它是基础呢？

因为在热力学的研究过程中，温度给出了热力学状态的定量数据，是研究的基础。而测量的温度采用的温度计，恰恰使用了热力学第零定律。

测量液体的温度

为了测量系统A的热力学状态，我们把温度计和它接触在一起，当温度计的指数不再变化时，系统A与温度计达到热力学平衡，温度计的数字也就是系统A的温度t；

然后再去测量系统B，也得出温度t；那么我们就说系统A与B的温度相同。

如上，如果没有热力学第零定律的话，即使测出A、B温度都为t，我们也无法给出A、B的温度相同的结论。

拉尔夫·福勒

再来说一下提出热力学第零定律的拉尔夫·福勒，他生于1889年的英国，毕业于剑桥大学。他还是鼎鼎大名的欧内斯特·卢瑟福（原子核物理学之父）的女婿，他的学生也是极为出名，保罗·狄拉克（量子力学的奠基人）和苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡（钱德拉塞卡极限）。