Un instrumento termodinámico es cualquier dispositivo que facilita la medición cuantitativa de sistemas termodinámicos . Para que un parámetro termodinámico esté verdaderamente definido, se debe especificar una técnica para su medición. Por ejemplo, la última definición de temperatura es "lo que lee un termómetro". La pregunta sigue: ¿qué es un termómetro?
Hay dos tipos de instrumentos termodinámicos, el medidor y el reservorio. Un medidor termodinámico es cualquier dispositivo que mide cualquier parámetro de un sistema termodinámico. Un reservorio termodinámico es un sistema que es tan grande que no altera apreciablemente sus parámetros de estado cuando se pone en contacto con el sistema de prueba.
Dos herramientas complementarias generales son el contador y el depósito. Es importante que estos dos tipos de instrumentos sean distintos. Un medidor no realiza su tarea con precisión si se comporta como un reservorio de la variable de estado que está tratando de medir. Si, por ejemplo, un termómetro actuara como un depósito de temperatura, alteraría la temperatura del sistema que se está midiendo y la lectura sería incorrecta. Los medidores ideales no tienen efecto sobre las variables de estado del sistema que están midiendo.
Un medidor es un sistema termodinámico que muestra algún aspecto de su estado termodinámico al observador. La naturaleza de su contacto con el sistema que está midiendo puede controlarse y es lo suficientemente pequeña como para que no afecte apreciablemente el estado del sistema que está midiendo. El termómetro teórico que se describe a continuación es uno de esos medidores.
En algunos casos, el parámetro termodinámico se define realmente en términos de un instrumento de medida idealizado. Por ejemplo, la ley cero de la termodinámica establece que si dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercer cuerpo, también están en equilibrio térmico entre sí. Este principio, como señaló James Maxwell en 1872, afirma que es posible medir la temperatura. Un termómetro idealizado es una muestra de un gas ideal a presión constante. A partir de la ley de los gases ideales , el volumen de dicha muestra se puede utilizar como indicador de temperatura; de esta manera define la temperatura. Aunque la presión se define mecánicamente, un dispositivo de medición de presión llamado barómetrotambién se puede construir a partir de una muestra de un gas ideal mantenido a una temperatura constante. Un calorímetro es un dispositivo que se utiliza para medir y definir la energía interna de un sistema.
Un reservorio es un sistema termodinámico que controla el estado de un sistema, generalmente "imponiéndose" sobre el sistema que está siendo controlado. Esto significa que se puede controlar la naturaleza de su contacto con el sistema. Un yacimiento es tan grande que su estado termodinámico no se ve afectado de manera apreciable por el estado del sistema que se controla. El término " presión atmosférica " en la siguiente descripción de un termómetro teórico es esencialmente un "depósito de presión" que impone presión atmosférica sobre el termómetro.