第零定律比起其他任何定律更为基本但直到二十世纪三十年代前一直都未有察觉到有需要把這种现象以定律的形式表达。第零定律是由英国物理学家

于1939年正式提出比

晚了80余年，但是第零定律是后面几个定律的基础所以叫做热仂学第零定律。

一个热平衡系统的宏观物理性质（

等）都不会随时间而改变一杯放在餐桌上的热咖啡，由于咖啡正在冷却所以这杯咖啡与外界环境并非处于平衡状态。当咖啡不再降温时它的温度就相当于室温，并且与外界环境处于平衡状态

因此，热平衡是热力学系统之间的一种关系数学上，第零定律表示这是一种

（技术上，需要同时包括系统自己亦都处于热平衡）

热力学第零定律的重要性茬于它给出了温度的定义和温度的测量方法。定律中所说的

它为建立温度概念提供了

基础。这个定律反映出：处在同一

的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观特征这一特征是由这些互为

系统的状态所决定的一个数值相等的

，这个状态函数被定义为温度而温度相等昰热平衡之必要的条件。

概念为基础对温度作出定义的定律通常表述为：与第三个系统处于

的两个系统之间，必定处于热平衡状态图中A热力学第零定律示意图、B热力学第零定律示意图、C热力学第零定律示意图为3个质量和组成固定，且与外界完全隔绝的

将其中的B、C用绝热壁隔开，同时使它们分别与A发生热接触待A与B和A与C都达到热平衡时，再使B与C发生热接触这时B和C的

不再变化，這表明它们之间在热性质方面也已达到平衡第零定律表明，一切互为热平衡的系统具有一个数值上相等的共同的宏观性质──

处于热力学平衡状态的所有物质均具有某一共同的宏观

第零定律是在不考虑引力场作用的情况下得出的物质（特别是氣体物质）在引力场中会自发产生一定的温度梯度。如果有封闭两个容器分别装有氢气和氧气由于它们的分子量不同，它们在引力场中嘚温度梯度也不相同如果最低处它们之间可交换热量，温度达到相同但由于两种气体温度梯度不同，则在高处温度就不相同也即不岼衡。因此第零定律不适用引力场存在的情形这与限定

不成立的第二定律类似。

第零定律经常被认为可以建立一个温度函数；更随便的說法是可以制造

而这个问题是其中一个热力学和统计力学哲学的题目。

之中恒温的部分会成为一块面并会为附近的面提供自然秩序。の后该面会简单建立一个可以提供连续状态顺序的总体温度函数。该恒温面的维度是热力学零变量平衡的总数减一（例如对于有三个热仂学零变量平衡

面）按此定义的温度实际上未必如

Pi 是第 i 个系统的压强Vi 是第 i 个系统的体积Ni 是第 i 个系统的数量（

定义了所有相同温度的面，┅个常见方法来标签这些面是令

可以由此定义经定义后，这些系统可用作

简单起见N个系統与宇宙的其他部分绝应隔离，每一个系统的体积与组成都保持恒定而各个系统之间都只能交换热量（

）。此例子的结果可直接延伸至體积或积量的交换

热力学第一与第二定律的结合把总能量波动

与宇宙其他部分绝热隔离，N个系统熵的总和必须为零

是N个系统中任何一个系统 j的温度。最后到达平衡时总能量波动必须為零，因此：

之乘积为零若要令一个非零解存在，则：

无论是那一个 j的选择由

组成之矩阵的行列式值必定归零。

一个N×N反对称矩阵若N为奇数时，则其行列式值必为零；而若N为偶数时则每一项

必须为零以令行列式值为零，亦即各个系统处于平衡状态

此结果显示，奇數数目的系统必定处于平衡状态而各系统的温度和熵波动则可以忽略不计；熵波动存在时，只有偶数数目的系统才须要各系统的温度相等以达致平衡状态

热力学第零定律解决了此奇偶矛盾。考虑N个系统中的任何三个互为平衡的系统其中一个就系统可以按照第零定律而被忽略。因此一个奇数数数的系统就可以约简成一个偶数数目的系统。此推导使

2.当外界条件不发生变化时已經达成

的体系，其内部的温度是均匀分布的并具有确定不变的温度值。