热力学第零定律的微观解释

如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，那么它们也必须彼此处于热平衡。这个结论被称为“热力学第零定律”。

热力学第零定律(英文:Zeroth Law of热力学)，又称热平衡定律，是热力学四大基本定律之一。它是对热平衡中相互接触的物体的描述，为温度提供了理论基础。最常用的法律表述是:

如果两个热力学系统都与第三个系统处于热平衡，那么这两个系统也必须彼此处于热平衡。

换句话说，第零定律意味着在数学上的二元关系中，热平衡是渐进的。

第零定律比其他任何定律都更基本，但直到20世纪30年代，它才意识到有必要用法律的形式来表达这一现象。第零定律由英国物理学家拉尔夫·福勒于1939年正式提出，比热力学第一定律和第二定律晚了80多年。而第零定律是后面几个定律的基础，所以被称为热力学第零定律。

热力学第零定律的应用如下:

第零定律是在不考虑引力场的情况下得到的，物质(尤其是气体物质)在引力场中会自发产生一定的温度梯度。如果有两个分别充入氢气和氧气的密闭容器，由于分子量不同，它们在重力场中的温度梯度也不同。

如果它们能在最低的地方进行热交换，那么温度是一样的，但是由于两种气体的温度梯度不同，在高处的温度就会不一样，也就是不平衡。因此，第零定律不适用于引力场的存在。这类似于第二定律限制第二类永动机无效。