Termodinamiğin sıfırıncı kuramı
Sıcaklığın temeli

Termodinamiğin sıfırıncı kanunu termal dengenin bir denklik ilişkisi olduğunu kanıtlar. Bir dizi üzerindeki denklik ilişkisi bu diziyi (termal dengelenmiş sistem dizileri gibi) dizilerin elemanlarının sadece tek bir alt kümenin elamanı olduğu ayrı alt kümelerin oluşturduğu bir yığına böler. Termodinamiğin sıfırıncı kanunun bu olayında alt kümeler karşılıklı dengelenmiş sistemlerden meydana gelir. Bu bölme işlemi, alt kümenin her elamanını ait olduğu küme içerisinde tanımlanmasını sağlar. Bu etiketleme oldukça keyfi olabilmesine rağmen, sıcaklık, tanımlama için gerçek rakamlar sistemini kullanan uygun bir etiketleme sistemidir.
Termodinamiğin sıfırıncı kanunu uygun termodinamik sistemlerin kullanımını termometreler olarak böyle bir etiketlemenin sağlamasını sağlar ki bu da olası ampirik sıcaklık ölçeklerinin herhangi bir sayı veriminin ve termodinamiğin ikinci kanununun kullanımını kesin veya termodinamik sıcaklık ölçeklerini sağlamak için temin eder. Bu gibi sıcaklık dereceleri sıcaklık kavramına devamlılık ve düzenlilik gibi ilave nitelikler getirir.
Termodinamik parametreler arasında sabit sıcaklıktaki bölgeler bir yüzey oluşturur ki bu da yakınındaki yüzeylerin de doğal bir düzene girmesini sağlar. Bunlardan biri küresel bir ısı fonksiyonu oluşturarak durumlarının devamlı düzenli kalmasını sağlayabilir. Sabit sıcaklıktaki bir yüzeyin boyutluluğu termodinamik parametrelerin sayısından bir eksiktir. Nitekim 3 termodinamik parametre P, V, n ile tanımlanan bir ideal gaz için 2 boyutlu yüzey gerekir.
Örneğin, ideal gazların iki sistemi denge içinde ise,
i Sistemde
P Basınç
V Hacim
N mol cinsinden gaz miktarı veya basitçe tüm atom sayısı
PV/N yüzeyi sabittir ve eşit termodinamik sıcaklığın yüzeyini tanımlar ve biri T tanımlayan etiket olabilir böylece PV/N = RT
Burada R bir sabittir. Bu sistemler, şimdi, diğer sistemleri kalibre etmek için termometre olarak kullanılabilinir. Böyle sistemler ideal gaz termometreleri olarak bilinir.
Bir bakıma, Termodinamiğin sıfırıncı yasasına odaklandığımızda, Maxwell’in ‘tüm ısılar aynı türdür’ açıklamasına göre sadece bir çeşit ısı geçirgen zar ya da bir çeşit ısı vardır.
Fakat başka bir manada, Sommerfel’in ‘Termodinamikler ısının aktarımını yöneten koşulları inceler. Bizim sıcaklığın ; ısının iş değerinin ölçüsü olduğunu anlamamızı sağlar. Yüksek sıcaklıktaki ısı daha çok iş yapabilme kapasitesine sahiptir. İş ; koşulsuz olarak kabul edilebilir’ açıklamasına göre ısı farklı aşamalarda aktarılır. Bu da sıcaklığın; Termodinamiğin sıfırıncı yasasının denklik açıkmalarınca belirli değişkenlerle gösterilmesinin sebebidir.
Termodinamiğin Sıfırıncı Yasasının Genel Açıklamalarının Fiziki Anlamları

Bu makale sıfırıncı yasanın sıklıkla ders kitaplarında özetlemiş halinden bahsedilmektedir. Ama yine de bu genel açıklama, temelinde yatan fiziki anlamını tam olarak açıkça aksettirememektedir. Esas fiziki anlamı ilk olarak Maxwell tarafından onun 1871 kitabın da açıklığa kavuşturuldu.
1909'da Carathéodory’ın teorisinde, ısı geçirgen duvarların varlığı kabul edilir, oysa bu kağıtta ısı açıkça tanımlanmamaktadır. Bu önerme, varlığın fiziki bir önermesidir. Daha önce ifade edildiği gibi ısının sadece bir tür olduğunu söylemez. Bu kağıtta Caratheodory’nin bu tür duvarlar için tanımının 4. Koşulu ifade edilir: ‘ Ne zaman aynı şartlar aldı S1 ve S2 sistemlerinin her biri üçüncü bir S3 sistemi ile dengeye ulaştırılırsa, S1 ve S2 sistemleri karşılıklı dengededir’ . Kağıttaki bu ifadenin fonksiyonu budur.
Caratheodory postulatında; sayıca sınırlandırılmış ve deforme olmuş değişkenlerin ötesinde, termodinamik bir durumun şartlarını tamamlamak için deforme olmamış bir değişkenin gerekli olduğuna işaret edilir. Kağıdın girişinde ‘ Bütün teoriyi ısının varlığını göz önüne almaksızın geliştirmek mümkündür, ki o normal mekanik niceliklerinden farklı bir doğaya ve niceliğe sahiptir.
Maxwell uzun uzadıya bazı fikirler üzerinde tartışmıştır, bunları şöyle özetler:
‘Tüm ısılar aynı türdür’. Modern teoristler bu fikri, tek boyutlu bir ısı dağıtıcısının varlığını, uygun sıcaklık değerlerinin tekdüze bir haritalamaya sahip olduğu düşüncesiyle postule ederek ifade ederler. Açıklamada, ifade edilen çeşitli değerleri dikkate almaksızın bir başka modern açıklaması ise şudur:
‘Tüm diyatermal duvarlar denktir’ Bunu; termodinamik sistemler arasında tek bir tür mekanik olmayan ve madde transfer bağlantısı olmayan denge olduğu şeklinde ifade edebiliriz.
Bu fikirler termodinamiğin sıfırıncı kanunun genel açıklamalarının anlamını berraklaştırmaya yardımcı olarak ele alınabilir. Lieb ve Yngvason (1999)’ un düşüncesine göre entropi yükseliş yasasının istatistiksel mekaniklerinden yapılan türetme, en derin düşünürlerden bu zamana dek sıyrılmış bir hedeftir. Dolayısıyla Maxwell ve Plank tarafından ifade edildiği üzere bu düşünce, ısının ve sıcaklığın varlığının termodinamik için uygun ilkel kavramlar olarak gerekli olduklarının değerlendirilmesine açıktır. Bununla birlikte 1926’da Plank ikinci yasanın ısıya ya da sıcaklığa başvurmaksızın, doğal termodinamik işlemlerdeki sürtünmenin değiştirilmese ve evrensel tabiatını kullanarak nasıl ifade edilebileceğini açıklığa kavuşturdu.