热力学第零定律和温度的定义

　　本文老郭与各位小伙伴探讨一下热平衡和温度的关系。孤立系统或者与周围固定环境接触的体系，当经过长时间之后，都会达到不随时间变化的状态。如一杯开水放在桌子上，周围环境是大气，如果大气的温度不变，经过一段时间后，开水的温度就会降到大气的温度而不再改变，达到一个热平衡状态。热平衡是两个均匀系之间热交换的平衡。如果在两个均匀系之间放一个特殊的屏障将他们隔绝开，不使其发生热交换，因而达不到热平衡，这个屏障我们就成为绝热壁，而不绝热的壁称为透热壁。无绝热壁隔开的物体之间的相互接触称为热接触。
　　黑体辐射实验
　　Uhlenbeck根据实验事实作出假定：系统的状态必趋近而达到热平衡态，并称之为＂热力学第零定律＂，也成为热平衡定律。这个定律也可以表述为：如果两个系统建立了热平衡状态，则两个系统必有一个相等的态函数。
　　下面我们来建立温度的概念。我们把热力学第零定律用另一种方式来表达：如果A和B达到热平衡，而B和C也达到热平衡，则A与C也一定处于热平衡。这个表述可以看做是经验结果的基本假定，它的正确性已经被实验所验证。
　　1662年，Boyle发现，在等温条件下，气体的压强p和体积V之间的乘积为一个常数，这就是玻意耳定律，即pV=常数
　　Charles和Gay Lussac从实验中有发现：在等压情况下，气体的体积V与温度成正比，称为盖吕萨克定律，即V/T=常数，所以我们可以有，在气体的体积不变的情况下，气体的压强p与温度T成正比——查理定律，即p/T=常数。
　　在上式中，T为绝对温度或者叫热力学温度。我们用t表示摄氏温度，则T=t+273.15。
　　我们合并盖吕萨克定律和查理定律可以有PV/T=常数。
　　这个公式我们称为理想气体的物态方程，在我们的实际应用过程中，这个方程只适用于稀薄气体的情况，由于气体只有两个独立变量，所以对于实际气体的物态方程我们可以写成f(p,V,T)=0。理想气体的物态方程是它的特例。
　　接下来我们根据热力学第零定律来定义温度。设有A、B、C，如果A（pA，VA）和B（pB,V B）处于热平衡，则可以表示为fAB(pA,VA;pB,VB)=0或pB=f＂AB(pA,VA,VB)
　　如果B与C也处于热平衡，同理可以得fBC(pB,VB,VC)=0或pB=f＂BC(pC,VB,VC)
　　由于A和C也一定处于热平衡状态，我们可以得到f＂AB(pA,VA,VB)=f＂BC(pC,VB,VC)
　　由热力学第零定律f(pA,VA;pC,VC)=0，通过比较上面两个式子，我们可以看出来
　　f＂＂AB(pA,Va)=f＂＂BC(pC,VC)
　　也就是说存在一个状态的函数，跟B的变量无关，即温度TA=TC
　　这就是我们从热力学第零定律给出的温度的概念。从上面的公式我们还可以看出，利用热力学第零定律还可以测量温度。如果把B作为温度计，先和A接触，达到热平衡，然后与C接触B的参数不变，也与C达到了热平衡，则表明A和C的温度是相等的。当然了，测量温度，我还需要温度的数值表示方法，就是说我们还需要定义温标，我们在之后的文章里继续探讨。
　　在本文的结尾，老郭非常感谢您的认真阅读，这种东西能读到现在也不容易。如果您没啥急事，可以在下面点击关注，点赞、留言、转发、收藏当然了，您选择吐槽、咒骂也可以，不论怎样，您都是为了科学的事业做出了贡献。嘻嘻！！！
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