第零定律指出如果兩個物體都與某個第三物體處於熱平衡，那麼它們也彼此處於平衡。熱平衡是指當兩個物體彼此接觸並被可滲透熱量的屏障隔開時，不會有熱量從一個物體傳遞到另一個物體。
換句話說，第零定律意味著三個物體都是相同的， 根據美國宇航局。詹姆斯·克拉克·麥克斯韋當他說“所有的熱都是同一類的”時，也許更簡單地說。 （Longmans、Green 和 Co. 1875）。最重要的是，第零定律規定溫度是物體的基本且可測量的屬性。。
熱力學第零定律的歷史
當第零定律最初於 18 世紀構思時，已經有兩條。然而，根據這項新法律，它提出了溫度的正式定義，實際上取代了現有法律，理應位於列表的首位。開放斯塔克斯，萊斯大學運營的教育組織。這就造成了一個兩難的境地：原始法律的編號已經為人們所熟知，重新編號會與現有文獻產生衝突，並造成相當大的混亂。一位科學家，拉爾夫·福勒，想出了解決困境的辦法：他將新定律稱為“第零定律”。 （劍橋大學出版社，1939）。 （有趣的是，科幻小說作家艾薩克·阿西莫夫在他 1985 年的小說《第零定律》中採用了這個想法機器人與帝國“當他發現需要在法律中添加一條新法律時機器人三定律取代了第一定律。 ）
密蘇里南方州立大學物理學教授大衛·麥基告訴《生活科學》，第零定律規定“為了確定熱量在它們之間流動的方向，您唯一需要知道的就是兩個系統的溫度。”
溫度計
熱力學第零定律定義了溫度並使溫度計成為可能。然而，要使溫度計發揮作用，必須首先對其進行校準。所有其他基本測量單位，例如長度、質量、時間等，都是根據精確的標准定義的。在這種情況下，科學家不僅要定義一個測量單位，還要定義尺度的起點。
德國儀器製造商為標準化溫度測量做出了早期最著名的努力丹尼爾·加布里埃爾·華氏。 18世紀初，華氏發明了人們熟悉的玻璃管式溫度計，使用酒精和酒精。他還發明了華氏溫標，將水的冰點和沸點分別設置為 32 華氏度和 212 華氏度，並且至今仍在使用，特別是在美國。世界其他大部分地區使用攝氏度，在平均海平面上，水的冰點為 0 度，沸點為 100 度。
科學和工程中使用的所有測量尺度都從零開始。零長度、零質量或零時間的概念相對容易掌握；然而，零溫度，或絕對零，其中絕對沒有任何熱能，有點難以掌握。這是因為這樣的溫度從未在自然界或實驗室中觀察到過，而且人們普遍認為永遠不會出現；然而，科學家們已經得到。
熱力學溫度的單位是開爾文（K），最初是根據水的三相點定義的。三相點定義為“
物質的氣相、液相和固相可以平衡存在的溫度和壓力條件。 ”韋氏詞典。雖然該標準適用於環境溫度，但它使極高和極低溫度下的測量變得不確定。所以在2019年，國際計量局將標準更改為基於玻爾茲曼常數 (k)，該常數將溫度與物質中粒子的平均能量聯繫起來。根據英國的數據，該定義承認溫度是分子運動平均能量的衡量標準。國家物理實驗室。
大多數溫度計含有液體或金屬，其體積或形狀會根據溫度而變化。當液體或金屬與被測物體或物質達到熱平衡時，溫度計中材料的溫度敏感特性可以用來指示其溫度，根據。
例如，某些類型的溫度計使用液體，通常是酒精或，隨著溫度的升高或降低而膨脹或收縮。通過在連接到又長又窄的玻璃管的玻璃燈泡中設置相對較大的液體儲存器，可以放大這種小的膨脹。這樣，球管內液體體積的微小變化就可以引起管內液體液位的較大變化；然後可以通過根據校準刻度讀取液體的高度來確定溫度哈珀學院。
另一種類型的溫度計依賴於金屬的熱膨脹。同樣，問題是如何放大非常小的尺寸變化，以便可以在刻度上讀取。一種方法涉及具有許多環的線圈，因此即使長度的微小變化也會乘以環的數量，因此可讀。另一種方法利用了不同金屬在加熱時以不同速率膨脹的事實。具有不同膨脹係數（材料在一定量的溫度變化下膨脹的程度）的兩種不同金屬條可以層壓在一起，以便組件在加熱時會捲曲。據介紹，這種“捲曲”可以移動一根可以在刻度上讀取的指針賓夕法尼亞州立大學。
另一種測量溫度的方法涉及溫度敏感有機材料的顏色變化。這些通常僅用於測量有限的溫度範圍，例如指示發燒或監測室溫。另一種設備稱為熱敏電阻，其工作原理是根據半導體材料的電阻率隨溫度變化而變化的原理。賓夕法尼亞州立大學。這些設備可以檢測極小的溫度變化，並用於輻射熱測量計- 根據溫度變化測量輻射 - 並監測實驗室實驗。然而，如果不依賴第零定律中描述的原理，就不可能進行測量。
本文由 Live Science 撰稿人 Ashley Hamer 於 2022 年 2 月 1 日更新。
其他資源
- 這速成課程的視頻是關於熱力學第一定律和第零定律的彩色動畫解釋。
- 從《偉大的解釋者》中了解熱力學定律理查德·費曼的演講，由加州理工學院提供。
- 約翰·霍根說，所謂的“負第一定律”甚至比熱力學第零定律更重要。《科學美國人》上的這篇評論文章。
參考書目
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MindMatters News，“機器人三定律讓機器人失敗了”，2019 年 9 月 28 日。https://mindmatters.ai/2019/09/the- Three-laws-of-robotics-have-failed-the-robots/
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