Física/Termodinámica/Ley cero

Ley cero de la Termodinámica

A lo largo de la historia y el desarrollo de la Termodinámica se observa que aún en el siglo XVII no se tiene un concepto científico bien definido de lo que es la temperatura, sólo se tiene una noción un tanto ambigua y subjetiva de lo que es, y se le asociaba a los conceptos de frío o caliente, muy a pesar de que siempre está presente en diferentes actividades de la vida cotidiana, en nuestro propio cuerpo y en actividades específicas muy variadas.

Una de las principales características que denominan a la temperatura es que puede causar un cambio de estado, y es algo que se intercambia cuando dos cuerpos o sustancias están en contacto térmico. Prácticamente todos los sistemas físicos tienen una temperatura. Antes de definir de manera precisa que es a lo que llamamos temperatura definamos dos conceptos:

Equilibrio térmico: Si tenemos dos sistemas $S_1$ y $S_2$ que interactúan sólo térmicamente hasta igualar su temperatura; entonces se dice que $S_1$ y $S_2$ están en equilibrio térmico. Entonces llamamos equilibrio térmico si y sólo si dos sistemas tienen la misma temperatura.

Ley cero de la termodinámica: Sean $S_1,S_2$ y $S_3$ tres sistemas termodinámicos distintos, si $S_1$ y $S_2$ se encuentran en equilibrio térmico y a su vez $S_1$ y $S_3$ también están en equilibrio térmico entonces concluimos que $S_2$ y $S_3$ se encuentran en equilibrio térmico.

Si " $\sim$ " significa que los sistemas están en equilibrio térmico entonces tenemos: Si $S_1\sim S_2$ y $S_1\sim S_3$ entonces $S_2\sim S_3$. Dicho resultado se le llama la ley cero de la termodinámica.

Entonces los sistemas que están en equilibrio térmico con otros sistemas tienen una propiedad intensiva en común, la cual llamamos temperatura. Si dichos sistemas no se encuentran en equilibrio térmico con otros sistemas tienen diferentes temperaturas.

Temperatura Empírica

Para cualquier sistema termodinámico existe una función ${\mathrm{\Phi }}_n(P,V)$ de sus coordenadas independientes, la cual tiene la propiedad que el valor numérico de $\mathrm{\Phi }$ es el mismo, para todo sistema en equilibrio térmico. A dicho valor se le llama temperatura empírica:

${\mathrm{\Phi }}_n(P,V)=\theta$

Entonces, la temperatura empírica es aquella variable cuyo valor numérico $\theta$ establece cuándo dos o más sistemas se encuentran o no en equilibrio.