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A obra Lei Zero da Termodinâmica de Leithold, Angelo Antonio, Leithold, A. A..; Angeloleithold foi licenciada com uma Licença Creative Commons - Atribuição - Uso Não-Comercial - Obras Derivadas Proibidas 3.0 Não Adaptada. Com base na obra disponível em sites.google.com. Permissões adicionais ao âmbito desta licença podem estar disponíveis em https://sites.google.com/site/bioengenharia1/leizerodatermodinamica.
Um sistema é dito estar em equilíbrio térmico quando sua temperatura é estável, isto é, não se altera ao longo do tempo, ou seja (redundando) “muitos sistemas podem ser ditos em equilíbrio se entre eles não há uma mudança na soma líquida total da energia”.
Um exemplo simples que ilustra a razão pela qual a lei zero é necessária é:
* Considere-se N sistemas adiabáticos isolados, ou seja, não é possível a troca de calor fora destes sistemas N, todos têm volume e composição constantes, logo, só pode haver troca de calor entre si.
Assim, de forma intuitiva, pode-se afirmar que:
O "calor" é energia, portanto, "nada se perde, tudo se transforma", logo numa dada operação que envolva temperatura, o resultado final nunca poderá ser maior ou menor do que a soma das energias no inicio do processo, levando em consideração que os somatórios não devem levar em conta somente as temperaturas envolvidas mas, todas as energias.
Também existe outra maneira de se raciocinar acerca da Lei zero:
Imagine sistema isolado e contido por paredes adiabáticas, este não pode trocar energia com outros sistemas devido isolamento. Lembrem da aula de laboratório, quando foi inserida uma substância num calorímetro, este, de uma forma simples mas eficiente, isolou o sistema interno do mundo exterior. Foi comprovado que o sistema isolado entrou, depois de um dado tempo, estado de equilíbrio térmico, isto é, um estado para o qual as variáveis macroscópicas que o caracterizam não mudam com o tempo, em outras palavras, a temperatura interna se estabilizou, se a água e a substância estivessem separados por uma parede diatérmica, dizemos que estavam em contato térmico, portanto, se tivéssemos posto em contato térmico dois sistemas que, isoladamente, estavam em equilíbrio térmico, observaria-se mudanças em suas variáveis macroscópicas, até que fossem alcançados novos valores que voltariam a ficar constantes com o tempo. Dizemos, então, que os dois sistemas estavam em equilíbrio térmico um com o outro.
Deixando mais clara a explicação acima:
Imagine um recipiente metálico, nele inserimos água em dada temperatura "t", em seguida, é colocado em seu interior uma determinada substância (Um pequeno bastão metálico, por exemplo), com uma temperatura maior que a temperatura da água e do recipiente, em dado momento, todos, água, recipiente e substância, estarão em equilíbrio térmico, o sistema se equilibrou. Em seguida, apanhamos outro recipiente igual, com água e uma substância com temperatura diferente à do primeiro sistema. Haverá também um dado momento em que ocorrerá equilíbrio térmico. Ou seja, cada recipiente, com água em seu interior, e com as respectivas substâncias, estará em equilíbrio térmico. Contudo, ambos recipientes, ou sistemas independentes, estão cada um com uma temperatura diferente em relação ao outro. Mas, ao colocarmos estes dois sistemas em contacto físico, haverá uma nova variação térmica, desta vez, entre um sistema e outro (Condição que estejam isolados do restante do ambiente), somente quando as temperaturas de todas as substâncias (Recipientes, águas e barras metálicas) for do mesmo valor, diz-se que houve equilíbrio térmico dos dois sistemas.
Veja nas figuras embaixo como construir um termômetro a partir da Lei Zero da Termodinâmica
Bibliografia:
* Reif, F. (1965). "Chapter 3: Statistical Thermodynamics", Fundamentals of Statistical and Thermal Physics. New York: McGraw-Hill, 102. ISBN 07-051800-9.
* Jos Uffink, J. van Dis, S. Muijs; Grondslagen van de Thermische en Statistische Fysica; Utrecht University
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