Die Thermodynamik ist ein Zweig der Physik, der sich mit der Energie und der Arbeit eines Systems befasst.Die Thermodynamik befasst sich nur mit den großräumigen Reaktionen eines Systems, die wir in Experimenten beobachten und messen können. Die Wechselwirkungen von Gasen im kleinen Maßstab werden durch die kinetische Theorie der Gase beschrieben. Jedes Gesetz führt zur Definition von thermodynamischen Eigenschaften, die uns helfen, die Funktionsweise eines physikalischen Systems zu verstehen und vorherzusagen. Wir werden einige einfache Beispiele für diese Gesetze und Eigenschaften für eine Vielzahl von physikalischen Systemen vorstellen, obwohl wir am meisten an der Thermodynamik von Antriebssystemen und Hochgeschwindigkeitsströmungen interessiert sind.Glücklicherweise betreffen viele der klassischen Beispiele die Gasdynamik. Leider ist das Nummerierungssystem für die drei Gesetze der Thermodynamik etwas verwirrend. Wir beginnen mit dem nullten Hauptsatz.

Der nullte Hauptsatz der Thermodynamik beginnt mit einer einfachen Definition des thermodynamischen Gleichgewichts. Man beobachtet, dass sich eine Eigenschaft eines Objekts, wie der Druck in einem Gasvolumen, die Länge eines Metallstabs oder die elektrische Leitfähigkeit eines Drahts, ändern kann, wenn das Objekt erhitzt oder abgekühlt wird. Wenn zwei dieser Objekte in physischen Kontakt gebracht werden, kommt es zunächst zu einer Veränderung der Eigenschaften beider Objekte. Mit der Zeit hört die Eigenschaftsänderung jedoch auf und die Objekte befinden sich im thermischen oder thermodynamischen Gleichgewicht. Das thermodynamische Gleichgewicht führt zu der großskaligen Definition der Temperatur. Wenn sich zwei Objekte im thermischen Gleichgewicht befinden, spricht man davon, dass sie die gleiche Temperatur haben. Bei der Herstellung des thermischen Gleichgewichts wird Wärme, eine Form von Energie, zwischen den Objekten übertragen. Die Einzelheiten des Prozesses der Erreichung des thermischen Gleichgewichts sind im ersten und zweiten Hauptsatz der Thermodynamik beschrieben.

Der nullte Hauptsatz der Thermodynamik ist eine Beobachtung. Wenn sich zwei Objekte getrennt voneinander im thermodynamischen Gleichgewicht mit einem dritten Objekt befinden, sind sie nicht im Gleichgewicht miteinander.Zur Veranschaulichung: Nehmen wir an, wir haben drei Objekte, wie auf der Folie dargestellt. Objekt Nr. 1 und Objekt Nr. 2 sind in physischem Kontakt und befinden sich im thermischen Gleichgewicht. Objekt Nr. 2 befindet sich auch im thermischen Gleichgewicht mit Objekt Nr. 3. Zwischen Objekt Nr. 1 und Objekt Nr. 3 besteht zunächst kein physischer Kontakt. Bringt man jedoch Objekt Nr. 1 und Objekt Nr. 3 miteinander in Kontakt, so stellt man fest, dass sie sich im thermischen Gleichgewicht befinden. Diese einfache Beobachtung ermöglicht es uns, ein Thermometer zu bauen. Wir können die Änderung einer thermischen Eigenschaft, wie z. B. die Länge einer Quecksilbersäule, kalibrieren, indem wir das Thermometer an mehreren Referenzpunkten in ein thermisches Gleichgewicht mit einem bekannten physikalischen System bringen.Bei Celsius-Thermometern sind die Referenzpunkte auf den Gefrier- und Siedepunkt von reinem Wasser festgelegt.Bringt man nun das Thermometer mit einem beliebigen anderen System ins thermische Gleichgewicht, z. B. mit dem Zungengrund, so kann man die Temperatur des anderen Systems bestimmen, indem man die Änderung der thermischen Eigenschaft feststellt.Objekte, die sich im thermodynamischen Gleichgewicht befinden, haben die gleiche Temperatur.

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