熱力學傳奇之十四:熱力學第零定律是完結,也是開始

2020-12-03 科學背後的故事

第零定律由英國物理學家福勒提出,這位也是位大神,他的老丈人就是鼎鼎大名的盧瑟福,盧瑟福有一個學生就是量子論創始人玻爾,因為這層關係,他和整個量子學派關係不錯,他有兩個學生也是大名鼎鼎,一個是狄拉克,一個是錢德拉塞卡。

狄拉克就不用說了,他是量子力學的星星之一,錢德拉塞卡提出了著名的錢德拉塞卡極限,不過,錢德拉塞卡極限是在他前往美國途中計算得出的,當時還沒有成為福勒的學生。

扯遠了,還是繼續說第零定律。第零定律是說如果兩個熱力學系統都和第三個熱力學系統平衡,那麼這兩個熱力學系統也平衡,這就是一句大白話是吧,確實是,熱力學定律都是大白話。

可是為什麼叫第零定律,而不叫第四定律,因為這一定律比其他三個定律更基礎,可它提出的又晚,只能叫第零定律了,要是它提出的早,其餘三個就依次後推了。

那麼為什麼第零定律更基礎呢?因為它定義了溫度,不對吧,溫度不是早就提出了嗎?是的,第一個溫度計就是伽利略製造的,而溫度的劃分還是偉大的爵爺牛頓提出的,現在可以想見牛頓的偉大了吧,什麼地方都有他。

可是當初只是知道了第零定律的應用,並沒有明確提出啊,可以用溫度計來簡單說下第零定律,把溫度計放入熱水中,首先玻璃管和熱水達到熱平衡,同時玻璃管裡面的水銀也和玻璃管達到熱平衡,所以我們就認為水銀也和熱水達到了熱平衡,水銀的溫度就是熱水的溫度。

伽利略溫度計

可以看一下其它三個定律,雖然都提到了溫度,但是都沒有說溫度是什麼。

第一定律說的是熱量的傳遞,熱量這個詞不對,這是熱質說的遺留概念,先這麼說吧,第二定律說的是熱不可能自動從低溫物體傳到高溫物體,第三定律說絕對零度不可能達到,這些都涉及到了溫度,可是誰也沒說過溫度是什麼。

那麼溫度到底是什麼啊,從熱力學第零定律來看,處在同一熱平衡狀態的所有的熱力學系統都具有一個共同的宏觀特徵,這一特徵是由這些互為熱平衡系統的狀態所決定的一個數值相等的狀態函數,現在我們已經知道了,這個狀態函數就是分子熱運動的平均動能,就是溫度。

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