Wat Is De Zeroth-Wet Van De Thermodynamica?

{h1}

De zeroth law of thermodynamics stelt dat als twee lichamen elk in thermisch evenwicht zijn met een derde lichaam, ze ook in evenwicht zijn met elkaar.

De Zeroth Law of Thermodynamics stelt dat als twee lichamen elk in thermisch evenwicht zijn met een derde lichaam, ze ook in evenwicht zijn met elkaar. Thermisch evenwicht betekent dat wanneer twee lichamen met elkaar in contact worden gebracht en gescheiden door een barrière die doorlaatbaar is voor warmte, er geen warmteoverdracht van de ene naar de andere plaatsvindt.

Dit zegt in essentie dat de drie lichamen allemaal hetzelfde zijn temperatuur-. James Clerk Maxwell heeft dit misschien eenvoudiger gezegd toen hij zei: "Alle hitte is van dezelfde soort." Het belangrijkste is dat de Zeroth-wet bepaalt dat temperatuur een fundamentele en meetbare eigenschap van materie is.

Geschiedenis

Toen de wetten van de thermodynamica oorspronkelijk waren vastgesteld, waren er maar drie. In het begin van de 18e eeuw realiseerden wetenschappers zich echter dat er nog een wet nodig was om de set te voltooien. Deze nieuwe wet, die een formele definitie van temperatuur presenteerde, heeft echter de drie bestaande wetten vervangen en mag met recht bovenaan staan. Dit creëerde een dilemma: de oorspronkelijke drie wetten waren al bekend bij hun toegewezen nummers, en hernummering ervan zou een conflict veroorzaken met de bestaande literatuur en aanzienlijke verwarring veroorzaken. Het alternatief, deze nieuwe wet de Vierde Wet noemen en deze als laatste op de lijst zetten, was ook problematisch omdat het de drie andere wetten vervangt. Een wetenschapper, Ralph H. Fowler, bedacht een derde alternatief dat het dilemma oploste: hij noemde de nieuwe wet de 'Zeroth-wet'. (Interessant genoeg eigende sciencefictionschrijver Isaac Asimov zich het idee voor een Zeroth-wet toe in zijn roman "Robots and Empire" uit 1994 toen hij merkte dat een nieuwe wet moest worden toegevoegd aan de Three Laws of Robotics die de eerste wet heeft vervangen.)

Volgens David McKee, professor natuurkunde aan de Missouri Southern State University, vertelt de Zeroth-wet ons dat het niet uitmaakt hoeveel energie twee systemen hebben, wetende hoeveel energie ze hebben laat me niet voorspellen in welke richting warmte zal stromen als ik leg ze in contact met elkaar. "De Zeroth-wet zegt dat dit getal, dat de temperatuur is, de richting van de warmtestroom bepaalt, en het hangt niet direct af van de hoeveelheid energie die daarmee gemoeid is."

Hij vervolgde: "De temperatuur van twee systemen is het enige dat je moet weten om te bepalen welke richting warmte tussen hen zal vloeien."

thermometers

Zelfs de eenvoudigste eencellige planten en dieren reageren op veranderingen in temperatuur. De concepten van warm en koud, evenals "heter dan" en "kouder dan" zijn ingebed in onze fysiologie. Ons vermogen om dit concept te communiceren vereiste echter enige standaard voor vergelijking. Een van de eerste normen, die tot op de dag van vandaag nog steeds wordt gebruikt, gebruikt de vries- en kookpunten van water. Het probleem was echter hoe je temperaturen met voldoende precisie kunt beschrijven om bruikbaar te zijn. Dit vereiste een herhaalbare methode voor meting op een incrementele schaal.

De Zeroth-wet van de thermodynamica definieert de temperatuur en maakt thermometers mogelijk. Om een ​​thermometer echter nuttig te laten zijn, moet hij eerst worden gekalibreerd. Alle andere basiseenheden, bijvoorbeeld voor lengte, massa, tijd, etc., zijn elk gedefinieerd volgens een precieze standaard. In dit geval moeten we niet alleen een maateenheid definiëren, maar ook het beginpunt van de schaal.

De meest opvallende vroege inspanningen om de temperatuurmeting te standaardiseren waren die van Daniel Gabriel Fahrenheit. In het begin van de 18e eeuw heeft Fahrenheit de bekende thermometers van het glazen buis-type uitgevonden, waarbij zowel alcohol als kwik werd gebruikt. Hij heeft ook de Fahrenheit-schaal uitgevonden, die de vries- en kookpunten van water instelt op respectievelijk 32 graden en 212 graden en die tot op de dag van vandaag nog steeds wordt gebruikt, vooral in de Verenigde Staten. Het grootste deel van de rest van de wereld gebruikt de Celsius-schaal, die waarden toekent van 0 graden voor het vriespunt van water, en 100 graden voor het kookpunt op het gemiddelde zeeniveau.

Alle meetschalen die worden gebruikt in de wetenschap en techniek beginnen bij een waarde van nul. Het concept van nullengte, massa of tijd is relatief eenvoudig te begrijpen; echter, nul temperatuur, of absolute nulpunt, waar er absoluut geen warmte-energie is, is een beetje moeilijker te bevatten. Dit komt omdat een dergelijke temperatuur nooit is waargenomen in de natuur of in het laboratorium, en er wordt algemeen aangenomen dat dit nooit zal gebeuren; maar wetenschappers zijn redelijk dichtbij gekomen.

De eenheid voor thermodynamische temperatuur is de Kelvin (K) en wordt gedefinieerd volgens het tripelpunt van water, dat gelijk is aan 0,01° C of 32,01° F. Het tripelpunt wordt gedefinieerd als "de specifieke temperatuur en druk waarbij de vaste stof, vloeibare en gasvormige fasen van een gegeven stof zijn allemaal in evenwicht met elkaar. " Het werd gekozen als de standaard grotendeels omdat het gemakkelijk kan worden gereproduceerd precies in een laboratorium, terwijl de temperatuur van het vriespunt van water kan worden beïnvloed door een aantal storende variabelen. Het National Institute of Standards and Technology definieert de Kelvin als "de breuk 1 / 273.16 van de thermodynamische temperatuur van het tripelpunt van water." Eenvoudiger gezegd, het tripelpunt van water krijgt een waarde van 273.16 K.

De meeste thermometers bevatten vloeistof of metaal dat afhankelijk van de temperatuur van volume of vorm verandert.Wanneer de vloeistof of het metaal een thermisch evenwicht bereikt met het object of de stof die wordt gemeten, kan de temperatuurgevoelige eigenschap van het materiaal in de thermometer dan worden benut om de temperatuur aan te geven.

Sommige typen thermometers maken bijvoorbeeld gebruik van een vloeistof, meestal alcohol of kwik, die uitzet of inkrimpt met toenemende of afnemende temperatuur. Deze kleine uitzetting wordt versterkt door het hebben van een relatief groot vloeistofreservoir in een glazen lamp verbonden met een lange en zeer smalle glazen buis. Op deze manier kan een kleine verandering in het volume van de vloeistof in de lamp een grote verandering in het niveau van de vloeistof in de buis veroorzaken, zodat de temperatuur kan worden bepaald door de hoogte van de vloeistof tegen een gekalibreerde schaal af te lezen.

Een ander type thermometer is gebaseerd op de thermische uitzetting van metaal. Nogmaals, het probleem is hoe je een zeer kleine verandering in grootte kunt versterken, zodat het op een schaal kan worden gelezen. Eén manier is om een ​​spoel met veel lussen te gebruiken, zodat een kleine lengteverandering wordt vermenigvuldigd met het aantal lussen. Een ander type exploiteert het feit dat verschillende metalen bij verhitting met verschillende snelheden uitzetten. Strips van twee verschillende metalen met verschillende uitzettingscoëfficiënten kunnen aan elkaar worden gelamineerd, zodat het samenstel zal krullen wanneer het wordt verwarmd. Deze afbuiging kan een naald verplaatsen die tegen een schaal kan worden gelezen.

Een andere methode voor het meten van temperatuur is afhankelijk van kleurveranderingen in temperatuurgevoelige organische materialen. Deze zijn meestal alleen nuttig voor het meten van beperkte temperatuurbereiken, zoals het aangeven van koorts of bewakings- kamertemperatuur. Een ander apparaat, een thermistor genoemd, werkt op basis van veranderingen in de elektrische weerstand van een halfgeleidend materiaal als gevolg van de temperatuur. Deze apparaten kunnen extreem kleine temperatuurveranderingen detecteren en worden gebruikt in bolometers en om laboratoriumexperimenten te monitoren. Er is echter geen meting mogelijk zonder te vertrouwen op het principe beschreven in de Zeroth-wet.

Extra middelen

  • De Aalto University School of Science rapporteert over het "wereldrecord lage temperaturen" van een onderzoeksteam.
  • NASA's Glenn Research Center legt uit: "Thermodynamic Equilibrium (Zeroth Law)."
  • De website HyperPhysics van de Georgia State University verklaart ook 'Thermal Equilibrium'.


Video Supplement: Eerste Hoofdwet van de Thermodynamica.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com