Mekanisk jämvikt Betrakta två slutna gasbehållare, bägge med en kolv vid ena sidan. Kolverna är fästa i varandra: om ena kolven rör sig innåt rör sig den andra utåt Öppnar skruven så att kolvarna kan röra sig fritt: om kolven rör sig till vänster är P B > P A eftersom P = F/A. Om inget händer: trycket är lika och systemet sägs vara i mekanisk jämvikt Låt A och B vara i mekanisk jämvikt. Vi bryter kontakten och istället förser A i kontakt med ett system C. Om inget händer vet vi att A och C är i mekanisk jämvikt, dvs. har samma tryck. Då vet vi att också B och C har samma tryck. Vi kan dra slutsatsen att trycket är en universell indikator för mekanisk jämvikt
Termisk jämvikt Betrakta två behållare A och B t.ex. gjorda av någon metall Vi sätter dem i kontakt med varanda, vilket kan leda till en observerbar fysisk förändring Om vi väntar tillräckligt länge upphör förändringen (termalisering) Om ingen förändring längre sker sägs behållarna vara i termisk jämvikt Vi kan separera A och B, och försätta A i termisk kontakt med en tredje behållare C. Om de är i jämvikt, är också C och B i jämvikt
Termodynamikens nollte huvudsats Om A och B är i termisk jämvikt, och B samt C är i termisk jämvikt, då är A och C i termisk jämvikt. A, B och C sägs då ha samma temperatur.
Temperatur Temperaturen är den fysikaliska egenskap som tillåter oss att förutse när två system kommer att vara i termisk jämvikt oberoende av deras storlek eller beståndsdelar Alternativt sätt att ange Nollte huvudsatsen Det existerar för varje system i termisk jämvikt en egenskap som kallas för temperatur. Temperaturernas ekvivalens är ett tillräckligt och nödvändigt villkor för termisk jämvikt.
Hur mäta temperatur? 1. Placera föremålet F vars temperatur man vill få reda på i termisk kontakt med en kropp A och vänta att de kommer till jämvikt 2. A skall ha en egenskap som beror av temperaturen på ett sätt som är väl känt, A är en termometer 3. Om A har kalibrerats med en standardtermometer, garanterar 0:e grundlagen att man får konsistenta resultat 0:e grundlagen: termometrar fungerar!
Termometer En termometer skall uppvisa en mätbar fysikalisk förändring då temperaturen ändrar Flesta termometrar utnyttjar materialers (oftast vätskor eller gaser) värmeutvidgning: material upptar i allmänhet (vid samma tryck) en större volym då de är varma Sätt kvicksilver (t.ex.) i en sluten behållare, säg att temperaturen är 0 grader vid vattnets fryspunkt och 100 vid kokpunkten, och dra streck med jämna mellanrum mellan dessa (interpolera lineärt) Celsius/Linnaeus-skalan Resistansen för Platina som funktion av T Resistansen för Ruteniumoxid RuO 2 som funktion av T
I Finland finns kunnande att göra noggranna temperatursensorer som baserar sig på kapacitansens beroende av temperaturen Mars Curiosity Rover selfie http://www.nasa.gov/sites/default/files/pia16239.jpg
Vad skall fungera som standardtermometer? Alla material uppvisar komplicerat beteende (t.ex. fastransitioner) Beroendet av egenskapen oftast endast approximativt lineärt med avseende på T Kvicksilver övergår till fast form vid låga temperaturer, förångas vid höga Resistansen för Platina saturerar vid låga T, vid höga T smälter Platina Behöver en temperaturskala som är oberoende av material Det visar sig att termodynamikens andra huvudsats gör det möjligt att konstruera en sådan
Absolut temperaturskala Mäter trycket för en gas i en given volym vid olika temperaturer. Upprepar experimentet med olika substansmängder:
Absolut temperaturskala Mäter trycket för en gas i en given volym vid olika temperaturer. Upprepar experimentet med olika substansmängder:
Absoluta nollpunkten Existerar en lägsta möjliga temperatur: absolut nollpunkt Visar sig att det är en följd av termodynamikens tredje grundlag Termodynamisk temperatur T Absolut temperaturskala: börjar vid absoluta nollpunkten Oberoende av något visst materials egenskaper
SI enheten för temperatur: Kelvin Absoluta nollpunkten 0 K T vid vattnets trippelpunkt 273.16 K (0.01 C)
Exempel på icke-trivialt system i termisk jämvikt: kosmiska bakgrundsstrålningen
Exempel på icke-trivialt system i termisk jämvikt: kosmiska bakgrundsstrålningen