Temperatur und thermisches Gleichgewicht

Die Temperatur hat etwas mit der Sinneswahrnehmung "heiß" bzw. "kalt" zu tun: Ein heißer Körper hat eine hohe Temperatur, ein kalter Körper eine niedrige. Wenn man nun einen kalten und einen heißen Körper miteinander in thermischen Kontakt bringt, wird der heiße Körper mit der Zeit kälter, während der kalte Körper wärmer wird. Dieser Ausgleich endet erst, wenn beide Körper die gleich "warm" sind. Man sagt, dass sich die beiden Körper im thermischen Gleichgewicht befinden: sie haben die gleiche Temperatur. Aus dieser Aussage folgt der "Nullte Hauptsatz der Thermodynamik", der besagt:

Diese Aussage ist Grundlage einer jeden Temperaturmessung, denn der Probekörper kann als Thermometer dienen. Thermometer und zu messender Körper haben im thermischen Gleichgewicht die gleiche Temperatur. Als Basis für ein Thermometer kann dabei im Prinzip jede temperaturabhängige Eigenschaft der Materie genutzt werden.

Will man Temperaturen quantitativ erfassen, d.h. will man ihnen Zahlenwerte zuweisen, so braucht man eine Temperaturskala. Wir werden uns damit im folgenden Abschnitt befassen.

Der Nullte Haupsatz der Thermodynamik

Sind zwei Körper A und B jeder für sich im thermischen Gleichgewicht mit einem dritten Körper C (a, b), dann sind auch A und B im thermischen Gleichgewicht (c), d. h. sie haben die gleiche Temperatur.

Zum Nullten Hauptsatz

Ist der Vergleichskörper C beispielsweise als Thermometer ausgeführt, so zeigt es im Fall (a) im thermischen Gleichgewicht nicht nur seine eigene, sondern auch die Temperatur des Körpers A an, denn beide haben in thermischen Gleichgewicht die gleiche Temperatur. Bringt man nun, wie in (b), das Thermometer C in Kontakt mit einem anderen Körper B und stellt fest, dass auch B im thermischen Gleichgewicht mit C ist (die gleiche Temperatur hat), so haben auch A und B die gleiche Temperatur, befinden sich also im thermischen Gleichgewicht!

Die Körper A und B müssen also nicht, wie in (c) gezeigt, in direkten Kontakt gebracht werden, um festzustellen ob sie sich im thermischen Gleichgewicht befinden.