تعادل گرمایی

دو سییستم Aوb را در نظر بگیرید.این سیستمها از یکدیگر و از محیطشان منزوی شده اند.منظور از منزوی این است که نه انرژی نه ماده نمی تواند به سیستم وارد یا از آن خارج شود. مثلا ممکن است سیستم با دیواره های ضخیمی از عایق استایروفوم که فرض می شود صلب و غیر قابل نفوذ است احاطه شده باشد.در این صورت می توانیم بگوییم که دیواره ها بی دررواند.(برای آنکه خیالتان راحت شود "بی دررو" را می توانید به معنی"غیر قابل عبور" یا "عایق" بگیرید).تغییر در خواص یک سیستم تاثیری در خواص سیستم دیگر ندارد.
می توانیم به جای دیوار بی دررو میان Aوb دیواری بگذاریم که انرژی به صورتی که آنرا گرما خواهیم خواند بتواند از آن عبور کند.یک ورق نازک ولی صلب از جنس مس مثالی از چنین دیواری است.چنین دیواری را گرمابر می گوییم.(واژه گرمابر می توانید به معنی"رسانا" تلقی کنید.)
وقتی دو سیستم از طریق یک دیواره گرمابر در تماس باشند تبادل انرژِی بین این دو سیستم باعث می شودکه خواص ماکروسکوپیک آنها تغییر کند .مثلا اگر سیستمها گازهای محبوس باشند فشار ممکن است یکی از کمیتهای ماکروسکوپیکی باشد که تغییر می کند.تغییرات در ابتدا نسبتا سریع صورت می گیرند ولی با گذشت زمان به تدریج کندتر می شوند تا سر انجام خواص ماکروسکوپیک به مقادیر ثابتی می رسند .وقتی این حالت حاصل شد می گوییم دو سیستم در تعادل گرمایی هستند.
یک راه برای بررسی اینکه سیستمها در تعادل گرمایی با یکدیگر هستند یا خیر این است که آنها را از طریق یک دیواره ی گرمابر در تماس با هم قرار بدهیم و ببینیم که خواص ماکروسکوپیک شان با زمان تغییر می کند یا خیر .اگر با گذشت زمان هیچ تغییری در خواصماکروسکوپیک آنها مشاهده نشد سیستمها در ابتدا در تعادل گرمایی با یکدیگر بوده اند .اما ممکن است جابجا کردن سیستمها برای تماس دادت آنها پردردسر و یا غیر ممکن باشد .(ممکن است که سیستمها خیلی پر حجمتر از آن باشند که بشود به راحتی آنها را جابجا کرد یا ممکن است فاصله ی بین آنها خیلی زیاد باشد.) بنابر این مفهوم تعادل گرمایی را طوری تعمیم می دهیم که دیگر لازم نباشد سیستمها را در تماس با هم قرار دهیم .وقتی دو جسم جدا از هم در حالتهایی با شند که اگر به هم وصلشان کنیم در تعادل باشند می توانیم بگوییم همین الان هم در تعادل اند.راه آزمون اینکه آیا چنین سیستمهای جدا از همی در تعادل گرمایی با یکدیگر قرار دارند استفتده از یک سیستم سوم C است. با در تماس قرار دادن Cباa و بعد باb می می توانیم بی اینکه Aوb را در تماس مستقیم با هم قرار دهیم بفهمیم که آیا A یا B در تعادل گرمایی هستند یا خیر .خلاصه ی این مطلب اصل موضوعی است به نام قانون صفرم ترمودینامیک که معمولا به صورت زیر بیان می شود :" اگر هر یک از سیستمهای Aوb در تعادل گرمایی با سیستم سومی مانند C باشند خود این سیستمها(aوb ) هم با یکدیگر در تعادل گر مایی هستند."
این قانون ممکن است ساده به نظر بیاید ولی اصلا بدیهی نیست .مثلا اگر Aوbو C آدم باشند امکان دارد هر یک از افراد A وc فرد B را بشناسند ولی همدیگر را نشناسند .یا اگر Aوc هر یک قطعه آهن نامغناطیده باشند و B اهنربا باشد هر دو به طرف B جذب می شوند ولی یکدیگر را جذب نمی کنند .
قانون صفرم در واقع "فکر بعدی " منطقی است .این قانون در سالهای 1930 مدتها پس از آنکه قانون اول و دوم ترمودینامیک پیشنهاد و پذیرفته شده بودند به میان آمد . چنان که بعدا خواهیم گفت قانون صفرم در واقع مفهوم دما را تعریف می کند که برای قوانین اول و دوم ترمودینامیک مفهومی مقدماتی است . قانونی که دما را مشخص می کند باید شماره ی کمتری داشته باشد و به همین خاطر است که آن را قانون صفرم نامیده اند