熱力学第0法則・熱平衡状態の解説 - 化学徒の備忘録(かがろく)|化学系ブログ

系 $A$ と系 $B$ が熱平衡状態にあり、同じ状態の系 $A$ と系 $C$ もまた熱平衡状態にあるならば、系 $B$ と系 $C$ も熱平衡状態であり、系 $B$ と系 $C$ の温度は等しい。

この法則を熱力学第0法則という。

これは、数学の公理である $A = B$ かつ $A = C$ であるならば、 $B = C$ と同様である。

下の図のように、高温 ( $T_h$ ) の系 $A$ と低温 ( $T_l$ ) の系 $B$ を互いに接触した状態で置く。そしてその周りを断熱材で覆う場合を考える。

この場合、時間の経過とともに高温の系 $A$ から低温の系 $B$ に熱が移動する。

そして、十分に時間が経過すると、2つの系の温度は同じ( $T_m$ )となる。

このように2つの系の変化が終わった状態を熱平衡の状態という。

このとき、各系の温度はどの場所でも一定である。つまり平衡状態である。逆に、2つの系が熱平衡状態である場合、その2つの系の温度は等しい。