חוק האפס של התרמודינמיקה: מה זה אומר, תרגילים

א חוק האפס של התרמודינמיקה הוא החוק ששיתף פעולה בהמשגה של גדלות טֶמפֶּרָטוּרָה ובפיתוח מדי חום, בהתבסס על מחקריו על איזון תרמי בין גופים שונים.

קראו גם: מהו חום?

נושאי מאמר זה

• 1 - מה אומר חוק האפס של התרמודינמיקה?
• 2 - מהי מטרת חוק האפס של התרמודינמיקה?
• 3 - חוק אפס של תרמודינמיקה ומדחום
• 4 - מהם סולמות תרמומטריים?
  • ← שיעור וידאו על המרה בין סולמות תרמומטריים
• 5 - תרגילים פתורים על חוק האפס של התרמודינמיקה

O מה אומר חוק האפס של התרמודינמיקה?

חוק האפס של התרמודינמיקה הוא החוק שעומד בבסיסו תֶרמוֹדִינָמִיקָה על תרומה להגדרת טמפרטורת הכמות הפיזית, שהיא חיונית כדי להבין את ראשון והחוקים השניים של התרמודינמיקה. בשל כך ובגלל שהתפתחותו הייתה מאוחרת משני החוקים הראשונים, הוא נקרא חוק אפס על ידי הפיזיקאי ראלף ה. פאולר (1889-1944).

היא ניתן לציין כ:

"אם שני גופים A ו-B נמצאים בנפרד בשיווי משקל תרמי עם גוף שלישי, אז A ו-B נמצאים בשיווי משקל תרמי זה עם זה."

מאמירה זו של חוק האפס ניתן להבין שאם לשני גופים יש טמפרטורה זהה לשלישי. הגוף, אז לכולם תהיה אותה טמפרטורה, ואז להיות בשיווי משקל תרמי, שבו אין זרימת חום מגוף אחד למשנהו. אַחֵר.

לשם מה נועד חוק האפס של התרמודינמיקה?

חוק האפס של התרמודינמיקה חשוב בגלל שהוא מגדיר את כמות פיסית טֶמפֶּרָטוּרָה, מה שאיפשר לייצר מדי חום. ניתן להבחין בה במצבים המתייחסים לשיווי המשקל התרמי בין גופים, למשל: בעת ערבוב מים בטמפרטורות שונות, יהיה חילופי חום עד מים מגיעים לאותה טמפרטורה, וכאשר נכנסים למים עם טמפרטורה גבוהה או קרה יותר, תוך זמן קצר, הגוף יתרגל לטמפרטורה עקב חילופי חוֹם.

אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום ;)

חוק האפס של תרמודינמיקה ומדחום

חוק האפס של התרמודינמיקה תרם לפיתוח של מדי חום, שהם מכשירים המשמשים למדידת הטמפרטורה של כל גוף, חי או לא.

פורמטים ודגמים שונים של מדי חום.

כיום ישנם שלושה סוגים של מדי חום המשתנים במבנה ובתפקוד שלהם:

• אנלוגים: תרכובות של כַּספִּית;

• דִיגִיטָלי: נוצר על ידי רכיב אלקטרוני בקצה שרגיש לטמפרטורה;

• אינפרא אדום דיגיטלי: נוצרו על ידי חיישני אינפרא אדום, הם מודדים את הטמפרטורה ללא צורך לגעת בגופים.

קראו גם: מה ההבדל בין טמפרטורה לחום?

מהם סולמות תרמומטריים?

אל ה סולמות תרמומטרייםהם ייצוגים של טמפרטורות בסולמות שונים, כאשר הסולמות המשמשים ביותר הם סולמות צלזיוס, פרנהייט וקלווין. יש לנו להלן השוואה בין ערכי הטמפרטורות המקבילות בסולמות התרמומטריים הללו:

 השוואה בין סולמות תרמומטריים של קלווין, צלזיוס ופרנהייט.

כדי למצוא את שקילות הטמפרטורה בסולמות תרמומטריים שונים, הערכים הנמדדים של הטמפרטורות ב- נקודות רתיחה והתכה של מים מסומנות ובהשוואה לנקודה שלישית ממנה רוצים לדעת את טֶמפֶּרָטוּרָה. בשביל זה, הוא היהפיתח את נוסחת השוויון בין הסולמות התרמומטריים השונים:

\(\frac{T_C}5=\frac{T_F-32}9=\frac{T_K-273}5\)

• \(T_C\) היא הטמפרטורה בסולם צלזיוס, הנמדדת ב \([°C]\)

• \(T_F\) היא הטמפרטורה בסולם פרנהייט, הנמדדת ב \([°F ]\)

• \(T_K\) היא הטמפרטורה בסולם קלווין, הנמדדת ב \([K]\)

→ שיעור וידאו על המרה בין סולמות תרמומטריים

פתרו תרגילים על חוק האפס של התרמודינמיקה

שאלה 1

(שוליית מלח) שלושה מדי חום כספית מונחים באותו נוזל, וכאשר מגיע לשיווי משקל תרמי, הבוגר בסולם צלזיוס רושם 45ºC. מד חום בוגרי סולם קלווין ופרנהייט, בהתאמה, צריכים לתעד אילו ערכים?

א) 218K ו-113°F

ב) 318 K ו-113ºF

ג) 318 K ו-223 °F

ד) 588 K ו-313ºF

ה) 628 K ו-423 °F

פתרון הבעיה:

חלופה ב'. ראשית, הבה נמיר את הטמפרטורה בסולם צלזיוס לטמפרטורה בסולם קלווין באמצעות הנוסחה המקשרת ביניהם:

\(\frac{T_C}5=\frac{T_K-273}5\)

\(TC=TK-273\)

\(45=TK-273\)

\(TK=273+45\)

\(TK=318\ K\)

לאחר מכן, נמיר את הטמפרטורה בסולם צלזיוס לטמפרטורה בסולם פרנהייט, באמצעות הנוסחה המקשרת ביניהם:

\(\frac{T_C}5=\frac{T_F-32}9\)

\(\frac{45}5=\frac{T_F-32}9\)

\(9=\frac{T_F-32}9\)

\(9\cdot9=TF-32\)

\(81=TF-32\)

\(TF=81+32\)

\(TF=113\ ℉\)

שאלה 2

(UERJ) שקול ארבעה אובייקטים A, B, C ו-D. נצפה כי A ו-B נמצאים בשיווי משקל תרמי זה עם זה. כנ"ל לגבי C ו-D. עם זאת, A ו-C אינם בשיווי משקל תרמי זה עם זה. ניתן להסיק כי:

א) B ו-D נמצאים באותה טמפרטורה.

ב) B ו-D יכולים להיות בשיווי משקל תרמי, אבל הם גם לא יכולים להיות.

ג) B ו-D לא יכולים להיות באותה טמפרטורה.

ד) חוק האפס של התרמודינמיקה אינו חל במקרה זה, כי יש יותר משלושה עצמים.

ה) A, B, C ו-D נמצאים באותה טמפרטורה.

פתרון הבעיה:

חלופה C. מכיוון שגופים A ו-B נמצאים בשיווי משקל תרמי, גם גופים C ו-D נמצאים בשיווי משקל, אך גופים A ו-C אינם. בשיווי משקל תרמי, אם כן, לפי חוק האפס של התרמודינמיקה, גופים B ו-D אינם יכולים להיות בשיווי משקל תֶרמִי.

מאת פמלה רפאלה מלו
מורה לפיזיקה

האם תרצה להתייחס לטקסט זה בעבודה בית ספרית או אקדמית? תראה:

MELO, פמלה רפאלה. "חוק אפס התרמודינמיקה"; בית ספר ברזיל. אפשר להשיג ב: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/lei-zero-da-termodinamica.htm. ניגש ב-4 באוגוסט 2023.

האם אתה מכיר את משוואת ההמרה בין סולמות תרמומטריים? האם אתה יודע איך בנוי מדחום? לחץ כאן כדי לראות את זה ועוד הרבה יותר!

האנטרופיה של מערכת היא לא יותר מאשר המדד למידת חוסר הארגון שלה. אפשר לנסח את החוק השני מתוך מושג האנטרופיה.

לחץ ולמד על שלושת הסולמות התרמומטריים המשמשים לקביעת טמפרטורה ולמד כיצד להמיר סולם אחד לאחר.

גשו לטקסט ולמדו את ההגדרה של החוק הראשון של התרמודינמיקה, ראו מהן הנוסחאות המשמשות בחוק זה ובדקו תרגילים פתורים בנושא.

לחץ כדי להבין הכל על החוק השלישי של התרמודינמיקה. בדוק כאן מה זה, הנוסחה שלו, היישום שלו, איך זה נוצר ועוד הרבה יותר.

לִזחוֹל

הסלנג המותאם מאנגלית משמש לייעד מישהו שנתפס כדביק, מביש, מיושן ולא אופנה.

נוירודיסיטי

מונח שנטבע על ידי ג'ודי סינגר, הוא משמש לתיאור המגוון הרחב של הדרכים שבהן המוח האנושי מתנהג.

PL של חדשות מזויפות

המכונה גם PL2660, היא הצעת חוק הקובעת מנגנונים להסדרת רשתות חברתיות בברזיל.