Температура. Из второго постулата следует, что состояние термодинамического равновесия системы определяется не только внешними параметрами xi

Из второго постулата следует, что состояние термодинамического равновесия системы определяется не только внешними параметрами x_i, но и еще одной величиной (пусть это будет t), которая характеризует внутреннее состояние системы. Значения t при тепловом контакте разных систем в результате обмена энергией становятся одинаковыми и не изменяются как при продолжающемся тепловом контакте, так и после его устранения. Свойство транзитивности термодинамического равновесия (5.1) позволяет сравнивать значения величины t у разных систем, не приводя их в непосредственный тепловой контакт, а пользуясь каким-либо третьим телом. Эту величину, выражающую состояние внутреннего движения равновесной системы, имеющую одно и то же значение у всех независимых частей сложной равновесной системы, назвали температурой, а третье тело, которое служит для сравнения температуры разных систем, – термометром. Имея одно и то же значение для всех частей равновесной системы, температура относится к интенсивным параметрам; она является мерой интенсивности теплового движения.

Положение о существовании температуры как особой функции состояния равновесной системы представляет иную формулировку второго постулата термодинамики. Его называют еще нулевым началом термодинамики, так как оно, подобно первому и второму началам, определяющим существование некоторых функций состояния, устанавливает существование температуры у равновесных систем.

Температура, таким образом, является термодинамическим равновесным параметром. Она существует только у термодинамических равновесных систем, притом у таких, части которых не взаимодействуют друг с другом. Точнее сказать, у систем, для которых энергия взаимодействия частей много меньше их собственной внутренней энергии, и в этом смысле части сложной системы являются независимыми. Энергия такой системы равна сумме энергий отдельных ее частей. Следовательно, согласно второму постулату энергия термодинамической системы является аддитивной функцией. Для больших гравитирующих систем принцип аддитивности энергии не выполняется вследствие дальнодействующего характера гравитационных сил. Эти системы не являются термодинамическими.

Итак, состояние термодинамического равновесия определяется совокупностью внешних параметров и температурой. Отсюда следует, что другие внутренние параметры (помимо температуры) не являются независимыми параметрами.

Все равновесные внутренние параметры системы являются функциями внешних параметров и температуры. Это еще одна формулировка второго постулата.

Так как, в частности, энергия системы является ее внутренним параметром, то при равновесии она будет функцией только внешних параметров и температуры.

Согласно второму постулату (из приведенной формулировки это прямо следует) изменение температуры может быть найдено по изменению какого-либо внутреннего параметра. На этом основано устройство различных термометров.

Необходимо еще установить, какая температура больше, а какая меньше. Для этого вводится дополнительное условие: полагается, что при подводе к телу энергии при постоянных внешних параметрах температура его повышается. Такой выбор позволяет считать внутреннюю энергию монотонно возрастающей функцией температуры.

Итак, температура вводится как величина, позволяющая описывать тепловое равновесие между телами, находящимися в тепловом контакте. Если t ₁ и t ₂ – температуры двух тел, то соотношение t ₁ = t ₂ является условием теплового равновесия. Если t ₁ > t ₂, то при тепловом контакте между двумя телами температура t ₁ будет уменьшаться, а t ₂ – увеличиваться. Если t ₁ = t ₂ и t ₂ = t ₃, то t ₁ = t ₃ в соответствии со свойством транзитивности термодинамического равновесия (5.1).

Возникает задача, как практически определить температуру.