Principio zero della termodinamica

Note

Due sistemi in equilibrio termico con un terzo sistema, sono anche in equilibrio termico tra di loro.

Il principio zero afferma la proprietà transitiva dell'equilibrio termico. Assumendo per assurdo la proprietà riflessiva e simmetrica, allora c'è una relazione di equivalenza. In questo modo, è possibile suddividere l'universo in classi di equivalenza di sistemi con la stessa temperatura. Questa definizione di temperatura è una buona definizione se conferma il principio zero sperimentale.

Termometro a liquido

Note

Uno degli strumenti più usati per la misura della temperatura è il termometro a liquido. Esso consiste in un bulbo di vetro sormontato da un sottile capillare, riempito in parte da una sostanza liquida a temperatura ambiente. Riscaldando (o raffreddando) il termometro il volume del fluido cresce (o diminuisce), facendo salire (o abbassare) il livello del liquido del capillare. La proprietà termica di questo sistema è quindi l'altezza del fluido nel capillare. Se chiamiamo l'altezza, la temperatura sarà: Con e punti fissi di riferimento. Generalmente, nella scala Celsius si usa il punto di fusione e il punto di ebollizione dell'acqua, rispettivamente e .

Questo approccio ha diversi difetti, tra cui:

  • L'intervallo di operatività del termometro è limitata dai punti di fusione ed ebollizione del liquido stesso impiegato nel termometro
  • Si osserva sperimentalmente che il comportamento del termometro dipende grandemente dalla natura del liquido, per cui liquidi diversi possono dare scale diverse
  • Le stesse temperature di fusione ed ebollizione dell'acqua possono essere difficili da riprodurre con estrema precisione.

Termometro a gas perfetto

Note

Per una definizione più affidabile di una scala di temperatura si può usare un termometro a gas a volume costante, costituito da un contenitore indeformabile e sigillato, che contiene una certa quantità di gas. Si osserva sperimentalmente che la pressione aumenta riscaldando il gas e diminuisce raffreddandolo. Si può definire la relazione come: Dove è la temperatura assegnata a un punto di riferimento convenzionale e è la sua corrispondente pressione. Qui assumiamo che il caso limite sia , poiché non possono esistere pressioni negative, e quindi la scala di temperatura è limitata inferiormente da

Ha come vantaggi:

  • Un punto fisso facilmente determinabile
  • Intervallo di operatività molto ampio
  • I gas tendono a comportarsi allo stesso modo a bassa pressione, quindi:
Scala Kelvin

Si ha che: