عند ملامسة كوب دافئ لملعقة معدنية باردة، يطرأ تغير على كليهما؛ إذ ينتقل شيء ما بينهما، ولا تتوقف عملية الانتقال هذه إلا عندما لا يعود هناك ميل لحدوث مزيد من التغيرات. يبدأ علم الديناميكا الحرارية بتسمية ما ينتقل، وما يتم قياسه، وتحديد معنى أن ينتهي النظام من التغير.
يكون الجسمان في حالة تلامس حراري عندما يمكن للطاقة أن تنتقل بينهما نتيجة لاختلاف درجات الحرارة، وذلك عن طريق التوصيل الحراري عبر سطح مشترك، على سبيل المثال. وعندما تكتمل عملية التبادل هذه، يصل الجسمان إلى حالة الاتزان الحراري. وتعني حالة الاتزان الحراري أن الحالة الحرارية القابلة للقياس للجسمين تتوقف عن التغير بمرور الوقت (عند تركهما دون مؤثرات خارجية)، وأنه لا يحدث انتقال صافٍ للطاقة بينهما بسبب اختلاف درجات الحرارة.
يُعد ميزان الحرارة (الترمومتر) نظاماً ثالثاً يُسمح له بالتلامس الحراري مع جسم آخر. وتتمثل الفرضية الأساسية هنا في أن ميزان الحرارة صغير بما يكفي، أو أن ارتباطه بالنظام الآخر ضعيف بما يكفي، بحيث لا يُحدث تغييراً ملموساً في حالة الاتزان النهائية التي يحاول قياسها.
يحوّل القانون الصفري للديناميكا الحرارية هذه الفكرة الفيزيائية إلى قاعدة لضمان الاتساق في قياس درجات الحرارة.
إذا كان النظام (أ) في حالة اتزان حراري مع النظام (ج)، وكان النظام (ب) في حالة اتزان حراري مع النظام (ج)، فإن النظامين (أ) و(ب) يكونان في حالة اتزان حراري مع بعضهما البعض.
لا يقوم هذا القانون بحساب قيمة عددية، بل يضمن أن درجة الحرارة خاصية يمكن نسبتها إلى نظام ما، بحيث يقترن تساوي درجات الحرارة بحالة الاتزان الحراري.
استخدم السيناريو المرفق بالشروحات لتتبع الأجسام التي تتبادل الطاقة، وتحديد ما يتوقف عن التغير عند الوصول إلى حالة الاتزان، وفهم السبب الذي يجعل ميزان الحرارة صالحاً للعمل كنظام وسيط (النظام ج).
إذا استقر كل من الجسمين A وB عند نفس قراءة مقياس الحرارة، فإن القانون الصفري للديناميكا الحرارية ينص على أنهما يشتركان في درجة حرارة واحدة، حتى وإن لم يتلامسا قط.
الحرارة () هي طاقة تنتقل عبر حدود النظام نتيجة لاختلاف في درجات الحرارة فقط. ووحدتها في النظام الدولي للوحدات هي الجول (). الحرارة ليست شيئاً يحتويه الجسم، بل هي عملية تحدث أثناء انتقال الطاقة.
الطاقة الداخلية () هي الطاقة المخزنة في درجات الحرية المجهرية (الميكروسكوبية) للنظام، مثل حركات الجزيئات الانتقالية والدورانية والاهتزازية والتفاعلات بينها. ووحدتها في النظام الدولي هي الجول () أيضاً. وعلى عكس الحرارة، تُعد الطاقة الداخلية خاصية من خصائص حالة النظام؛ فبالنسبة لنظام في حالة اتزان، تعتمد قيمة على حالة النظام، وليس على المسار المتبع للوصول إليها.
ثمة طريقة سريعة للتمييز بين المفهومين تتمثل في طرح سؤال نحوي: فالحرارة في الفيزياء تعمل عمل “الفعل”، بينما تعمل الطاقة الداخلية عمل “الاسم”.
عند وضع جسمين مختلفين في درجة الحرارة في حالة تلامس حراري وعزلهما عن أي مؤثرات خارجية، تنتقل الطاقة على هيئة حرارة من الجسم الأعلى حرارة إلى الجسم الأقل حرارة حتى يصلا إلى درجة حرارة نهائية مشتركة. وخلال هذه العملية، تتغير الطاقة الداخلية لكل جسم؛ إذ تمثل الحرارة آلية الانتقال عبر الحدود الفاصلة، بينما يمثل التغير في الطاقة الداخلية ما يطرأ على كل جسم من تغير.
يتيح لك النشاط التفاعلي التالي تغيير الكتلة والمادة ودرجات الحرارة الابتدائية للفصل بين فكرتين غالباً ما يخلط المبتدئون بينهما: فكمية الحرارة المتدفقة تعتمد على تفاصيل محددة، في حين تعتمد درجة حرارة الاتزان النهائية على توازن الطاقة والخصائص الحرارية.