Artikulu hau "Kalitatezko 1.000 artikulu 12-16 urteko ikasleentzat" proiektuaren parte da

Termodinamikaren zero legea

Wikipedia, Entziklopedia askea
Jump to navigation Jump to search

Termodinamikaren zero legeak ezartzen du bi sistema termodinamiko, bakoitza bere aldetik, oreka termikoan badaude hirugarren batekin, orduan bien artean ere oreka termikoan daudela. Beraz, sistemen arteko oreka termikoa iragate-erlazioa da.

Bi sistema oreka termikoan daudela esaten da baldin beroarekiko soilik iragazkorra den horma batekin lotuta badaude eta ez badira denborarekin aldatzen.[1]

Lege hau garrantzitsua da termodinamikaren formulazio matematikoarentzat. Izan ere, oreka termikoaren erlazioa baliokidetasun-erlazioa dela baieztatzea beharrezkoa da tenperaturaren definizio matematikoa egiteko.

Zerogarren legea baliokidetasun-erlazio gisa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Sistema termodinamiko bat, definizioz, barne-oreka termodinamikoko egoeran dago, hau da, ez dago aldaketarik denboran eta ez da fluxurik gertatzen.

Termodinamikaren zero legearen baieztapen zehatz bat hurrengoa da: oreka termikoaren erlazioa baliokidetasun-erlazioa da sistema termodinamikoan. Hau da, sistemen multzo batean, bakoitza bere aldetik barne-oreka termodinamikoan, azpimultzoetan bana daiteke non sistema bakoitza oreka termodinamikoan dagoen azpimultzoko beste osagaiekin, eta ez dagoen oreka termodinamikoan beste azpimultzoko edozein osagairekin.

Sistema termodinamiko bat barne-oreka termikoan dagoela zehazten bada, orduan zero legea honela adieraz daiteke:[2]

Baldin C gorputza oreka termikoan badago A eta B gorputzekin, orduan A eta B gorputzak ere oreka termikoan daude elkarrekin.

Adierazpen honek baieztatzen du oreka termikoa sistema termodinamikoen arteko ezker-euklidear erlazioa dela. Horrez gain, edozein sistema termodinamiko barne-oreka termikoan dagoela definitzen badugu, orduan oreka termodinamikoa erlazio bihurkaria da. Erlazio euklidear eta bihurkari diren erlazio bitarrak baliokidetasun-erlazioak dira. Ondorioz, zerogarren legea askotan eskuin-euklidear erlazio gisa adierazten da:

Bi sistema oreka termikoan badaude hirugarren batekin, orduan ellkarrekin ere oreka termikoan daude.

Baliokidetasun-erlazio baten ondorio bat oreka-erlazioa simetrikoa izatea da: A oreka termikoan badago B-rekin, orduan B oreka termikoan dago Arekin. Beraz, esan dezakegu bi sistema oreka termikoan daudela elkarrekin, edo bata bestearekiko oreka termikoan daudela. Baliokidetasun-erlazioa izatearen beste ondorio bat oreka termikoa erlazio iragankorra izatea da, era honetan adieraz daitekeena:[3][4]

A oreka termikoan badago Brekin eta B oreka termikoan badago Crekin, orduan A oreka termikoan dago Crekin.

Erlazioa bihurkaria eta iragankorra izateak ez du bermatzen baliokidetasun-erlazioa izatea. Horretarako, inplizituki onartu behar dira bai iragankortasuna baita simetria ere.

Erlazio euklidearrak dira termometrian zuzenean aplikatzen direnak. Termometro ideala neurtzen ari den sistemaren egoera era neurgarrian aldaketarik eragiten ez duena da. Demagun termometro ideal baten irakurketa aldaezina "etiketatze" sistema onargarria dela sistema termodinamiko orekatuen multzo baten baliokidetasun motentzako. Orduan, termometro batek irakurketa berdina ematen badu bi sistementzat, sistema hauek oreka termikoan daude, eta termikoki konektatzen baditugu, ez da aldaketarik egongo euren egoeran. Irakurketak desberdinak badira, bi sistemak termikoki konektatzean bien egoerak aldatuko dira termometroak bi sistemetan irakurketa berdina egiten duen arte. Zerogarren legeak ez du informaziorik ematen azken baieztapen honi dagokionez.

Tenperaturaren oinarria[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Termodinamikaren zero legeak oreka termikoa zehazten du baliokidetasun-erlazio gisa. Multzo baten baliokidetasun-erlazio batek multzo hori azpimultzoetan banatzen du, non multzoaren edozein osagai azpimultzo bakarraren osagai bat den. Zerogarren legeari dagokionez, azpimultzo hauek elkarrekin orekan dauden sistemak dira. Banaketa honi esker, azpimultzo baten edozein osagai "etiketa" daiteke modu baztertzailean bere azpimultzoa zein den adieraziz. Etiketatzea hautazkoa izan daitekeen arren[5], tenperaturaren etiketatze prozesuak zenbaki errealak erabiltzen ditu. Termodinamikaren zero legeak justifikatzen du sistema termodinamiko egokiak termometro gisa erabiltzea etiketatze hau egiteko, eta termodinamikaren bigarren legearen erabilera justifikatzen du tenperatura eskala absolutua edo termodinamikoa emateko. Eskala hauek, tenperaturaren kontzeptuari jarraitutasun eta antolatze propietateak ematen dizkio, "hotz" eta "bero" adibidez.[6]

Parametro termodinamikoei dagokienez, tenperatura konstanteko eremuek gainazal bat osatzen dute, beraz, tenperaturaren funtzio global bat eraiki daiteke egoeren antolakuntza jarraitua lortzeko. Tenperatura konstanteko gainazal baten dimentsioa parametro termodinamikoen kantitatearen bat gutxiago da, hau da, hiru parametro termodinamikoekin (P, V eta N) deskribatutako gas ideal batentzat, gainazal bidimentsionala izango da.

Adibidez, gas idealen bi sistema orekan badaude, orduan non Pi i sistemaren presioa den, Vi bolumena eta Ni gas kantitatea (moletan edo atomo kopuruan).

gainazalak tenperatura termodinamiko berdineko gainazalak adierazten ditu. gisa definituz eta T tenperatura izanik, R konstante bat izango litzateke. Beraz, sistema hauek, "gas idealen termometroak" deritzenak, termometro gisa erabili daitezke beste sistemak kalibratzeko.

Beroa modu desberdinetan transmititu daiteke, Sommerfeld-en irizpenean adierazten den bezala: "Termodinamikak beroa lan bilakatzeko baldintzak aztertzen ditu. Tenperatura beroaren lan balio gisa identifikatzen erakusten digu. Balio handiagoko beroa lan gehiago egiteko gai da. Lana tenperatura infinituki altuko berotzat har daiteke, hau da, gustiz eskuragarri dagoen berotzat".[7] Horregatik tenperatura da zerogarren legearen adierazpenaren aldagai partikularra.

Historia[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Arnold Sommerfeld-ren arabera, Ralph H. Fowler-ek asmatu zuen "termodinamikaren zero legea" titulua, Saha eta Srivastava-ren 1935eko testuari buruz eztabaidatzean. Lehenengo orrialdean idatzi zuten: "edozein kantitate fisiko numerikoki neurgarria izan behar da". Tenperatura kantitate fisikotzat hartzen dute eta hurrengo adierazpena ondorioztatzen dute: "A gorputza B eta C gorputzekin oreka termikoan baldin badago, orduan B eta C gorputzak oreka termikoan daude elkarrekin". Ondoren, letra etzanez idazten dute "beroaren aplikazioarekin aldatzen den A gorputzaren edozein propietate fisiko erabil daiteke tenperaturaren neurketarako". Beraz, ez dute "termodinamikaren zero legea" terminoa aipatzen.[8] Ideia fisiko hauen hainbat adierazpen daude testu honen aurretik, baina "termodinamikaren zero legea" terminoa erabili zuen lehenengo zientzialaria Fowler izan zen, Edward A. Guggenheim egilekidearekin batera, hau idatzi zuten:

...hurrengo postulatua aurkeztuko dugu: bi muntaia oreka termikoan baldin badaude hirugarren muntaia batekin, orduan elkarrekin ere oreka termikoan egongo dira.

"hainbat muntaiaren oreka termikoaren baldintza, horien egoera termodinamikoen balio bakarreko berdintza zehatza da, t tenperatura deritzona, muntaia horietako edozein "termometro" gisa erabilita eskala egokian. "Tenperaturaren existentzia"-ren postulatu hau "termodinamikaren zero legea" terminoarekin definitu litzateke".[9] Fowler eta Guggenheim-en adierazpena muntaia mekaniko estatistikoei dagokio konkretuki, ez esplizituki sistema makroskopiko termodinamikoei.

Erreferentziak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

  1. Carathéodory, C. (1909) Untersuchungen über die Grundlagen der Thermodynamik Teubner PMC 935929692 . Noiz kontsultatua: 2019-10-24.
  2. Planck. M. (1914) The Theory of Heat Radiation, a translation by Masius, M. of the second German edition, P. Blakiston's Son & Co., Philadelphia. Blakiston's Son & Co., Philadelphia.
  3. Lieb, Elliott H.; Yngvason, Jakob (1999-03) «The physics and mathematics of the second law of thermodynamics» Physics Reports (1): 1–96 doi:10.1016/s0370-1573(98)00082-9 ISSN 0370-1573 . Noiz kontsultatua: 2019-11-18.
  4. Kondepudi, D. K. (Dilip K.), 1952- (2008) Introduction to modern thermodynamics Wiley ISBN 9780470015995 PMC 824823864 . Noiz kontsultatua: 2019-11-18.
  5. DUGDALE, J S (1996) Entropy and its Physical Meaning Taylor & Francis ISBN 9780203290323 . Noiz kontsultatua: 2019-11-18.
  6. Buchdahl, Hans Adolph, 1919- (2009) The concepts of classical thermodynamics Cambridge University Press ISBN 9780521115193 PMC 836941366 . Noiz kontsultatua: 2019-11-18.
  7. Sommerfeld, A. (1923). Atomic Structure and Spectral Lines, translated from the third German edition by H.L. Brose, Methuen, London.
  8. Saha, M. N. (1935) A treatise on heat : (including kinetic theory of gases, thermodynamics and recent advances in statistical thermodynamics) Indian Pr PMC 632857256 . Noiz kontsultatua: 2019-11-13.
  9. Fowler, R., Guggenheim, E.A. (1939/1965). Statistical Thermodynamics. A version of Statistical Mechanics for Students of Physics and Chemistry.

Bibliografia osagarria[aldatu | aldatu iturburu kodea]

  • Atkins, Peter (2007). Four Laws That Drive the Universe. New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-923236-9.

Ikus, gainera[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Kanpo estekak[aldatu | aldatu iturburu kodea]