SCIENCE 3D | 온도와 열평형 (열역학 제0 법칙)

무슨 일이 일어났나

맞닿은 두 물체가 열을 주고받다가 온도가 같아져 더는 열이 옮겨 가지 않는 상태를 열평형이라고 합니다.

NASA 는 열이 늘 온도가 높은 물체에서 낮은 물체로 옮겨 가고, 열평형인 물체끼리는 온도가 같으며, 평형이 되면 열의 이동이 0 이 된다고 설명합니다.

시뮬레이터에서 100 °C 구리 1 kg 은 1 분 뒤 40.3 °C, 물은 25.6 °C 이고, 5 분쯤 지나면 둘 다 26.8 °C 로 모입니다.

구리가 잃은 열 약 28.5 kJ 이 그대로 물이 얻은 열입니다 — 마지막 온도가 가운데(60 °C)가 아니라 물 쪽에 가까운 것은 물 1 kg 을 1 °C 올리는 데 드는 열(4,184 J)이 구리(389 J)보다 훨씬 크기 때문입니다.

NASA 의 열역학 제0 법칙은 «두 물체가 셋째 물체와 각각 열평형이면 그 둘도 서로 열평형» 이라는 약속으로, 온도계로 두 물체의 온도를 견줄 수 있는 바탕이 됩니다.

💡 생활 속 예시

냉장고에서 꺼낸 우유를 식탁에 두면 방 온도까지 올라오고, 그다음부터는 더 오르지 않습니다 — 우유와 방 공기가 열평형이 된 것입니다.
뜨거운 국에 오래 담가 둔 국자는 국물과 거의 같은 온도가 되어, 맨손으로 잡기 어려워집니다.
과학실에서 비커 물에 온도계를 넣고 눈금이 멈출 때까지 기다리는 것도 온도계와 물이 열평형이 되기를 기다리는 것입니다.

🙅 오해 깨기오해 모음 보기

얼음을 쥐면 얼음의 «차가움» 이 손으로 옮겨 온다.
NASA 에 따르면 열은 늘 온도가 높은 물체에서 낮은 물체로 옮겨 갑니다. 얼음을 쥐면 손의 열이 얼음으로 빠져나가서 차갑게 느껴지는 것입니다. 출처
같은 방에 오래 둔 쇠붙이는 나무보다 늘 온도가 낮다.
NASA 는 열평형인 물체끼리는 온도가 같다고 설명합니다. 오래 함께 둔 쇠와 나무는 방과 열평형이 되어 온도가 같고, 만졌을 때 느낌만 다릅니다. 출처

누가 왜 찾았나

온도계 눈금을 서로 견주려면 모두가 따르는 단위가 필요합니다. 열역학 온도의 SI 단위는 켈빈(K)이고(BIPM), NIST 에 따르면 이 이름은 영국 물리학자 켈빈 경(1824–1907)을 기려 붙였습니다. 켈빈 눈금은 절대 영도에서 시작하는 «절대» 눈금이고, 섭씨 0 °C 는 273.15 K 로 정해져 있습니다(NIST).

확인된 값

열역학 제0 법칙 — 셋째 물체와 각각 평형이면 둘도 서로 평형 (NASA): 제0 법칙 출처
열평형인 물체끼리는 온도가 같다: 같은 온도 출처
열은 늘 온도가 높은 물체에서 낮은 물체로 옮겨 간다 (NASA): 높은 온도 → 낮은 온도 출처
열역학 온도의 SI 단위 — 켈빈 (BIPM): K K 출처
볼츠만 상수 k (정확한 값 — 켈빈의 정의에 쓰임): 1.380649e-23 J/K 출처
섭씨 온도 t = T − T₀ 의 T₀ (정의): 273.15 K 출처
온도 단위 켈빈의 이름이 된 사람 — 켈빈 경 (Lord Kelvin): 1824–1907 출처
구리 비열 293.15 K — NIST 극저온 물질 맞춤 식(4–300 K)으로 셈 (시뮬레이터 «구리» 값): 389.1 J/(kg·K) 출처
물 정압 비열 20 °C · 1 기압 (NIST WebBook 4.1841 J/g·K): 4184.1 J/(kg·K) 출처
평형이 되면 열의 이동이 멈춘다 (NASA): 0 W 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 과학(중학교) · 열 [9과03-01]
한국 2022 · 과학(초등) · 열과 우리 생활 [6과07-02]
잉글랜드 · KS3 Physics: Energy changes and transfers (heating and thermal equilibrium)
호주 v9 · AC9S3U03

출처

https://www1.grc.nasa.gov/beginners-guide-to-aeronautics/zeroth-law-thermal-equilibrium/(확인 2026-11-12)
https://www1.grc.nasa.gov/beginners-guide-to-aeronautics/heat-transfer/(확인 2026-11-12)
https://www.bipm.org/en/si-base-units/kelvin(확인 2026-11-12)
https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?k(확인 2026-11-12)
https://www.nist.gov/pml/special-publication-811/nist-guide-si-chapter-4-two-classes-si-units-and-si-prefixes(확인 2026-11-12)
https://www.nist.gov/si-redefinition/kelvin(확인 2026-11-12)
https://trc.nist.gov/cryogenics/materials/OFHC%20Copper/OFHC_Copper_rev1.htm(확인 2026-11-12)
https://webbook.nist.gov/cgi/fluid.cgi?Action=Data&Wide=on&ID=C7732185&Type=IsoBar&Digits=5&P=0.101325&THigh=20&TLow=20&TInc=1&RefState=DEF&TUnit=C&PUnit=MPa&DUnit=kg%2Fm3&HUnit=kJ%2Fkg&WUnit=m%2Fs&VisUnit=uPa*s&STUnit=N%2Fm(확인 2026-11-12)

이어서 보기

입자의 움직임과 온도 (열운동)