Równowaga termiczna

Kiedy stykają się dwa ciała o różnych temperaturach, cieplejsze oddaje część swojej energii temu o niższej temperaturze, do punktu, w którym obie temperatury są równe.

Ta sytuacja jest znana jako Równowaga termicznai jest to dokładnie stan, w którym temperatury dwóch ciał, które początkowo miały różne temperatury, są równe. Zdarza się, że gdy temperatury się wyrównują, przepływ ciepła jest zawieszony, a następnie osiągnięta zostaje sytuacja równowagi.

Zobacz też: Przykłady ciepła i temperatury

Teoretycznie równowaga termiczna jest fundamentalna w tak zwanym prawie zera lub Zerowa zasada termodynamiki, co wyjaśnia, że ​​jeśli dwa oddzielne układy są w tym samym czasie w równowadze termicznej z trzecim układem, to są one ze sobą w równowadze termicznej. Prawo to jest fundamentalne dla całej dyscypliny termodynamiki, która jest gałęzią fizyki zajmującą się opisywaniem stanów równowagi na poziomie makroskopowym.

Równanie, które daje podstawę do ilościowego określenia ilości ciepła, które jest wymieniane podczas transferów między ciałami, ma postać:

Q = M * C * ΔT

Gdzie Q to ilość ciepła wyrażona w kaloriach, M to masa badanego ciała, C to ciepło właściwe ciała, a ΔT to różnica temperatur.

W sytuacja równowagi, masa i ciepło właściwe zachowują swoją pierwotną wartość, ale różnica temperatur wynosi 0 ponieważ dokładnie określono sytuację równowagi, w której nie ma zmian temperatury.

Innym ważnym równaniem dla idei równowagi termicznej jest to, które stara się wyrazić temperaturę, jaką będzie miał zunifikowany system. Przyjmuje się, że gdy układ cząstek N1, który jest w temperaturze T1, wejdzie w kontakt z innym układem cząstek N2, który jest w temperaturze T2, temperaturę równowagi uzyskuje się ze wzoru:

(N1 * T1 + N2 * T2) / (N1 + N2).

W ten sposób można to zobaczyć gdy oba podsystemy mają taką samą ilość cząstek, temperatura równowagi zostaje zredukowana do średniej między dwiema temperaturami początkowymi. Można to uogólnić dla relacji między więcej niż dwoma podsystemami.

Oto kilka przykładów sytuacji, w których występuje równowaga termiczna:

1. W ten sposób działa pomiar temperatury ciała za pomocą termometru. Przedłużony czas, przez jaki termometr musi stykać się z ciałem, aby móc prawdziwie określić ilościowo stopnie temperatury, wynika dokładnie z czasu potrzebnego do osiągnięcia równowagi termicznej.
2. Produkty sprzedawane jako „naturalne” mogły przejść przez lodówkę. Jednak po pewnym czasie poza lodówką, w kontakcie ze środowiskiem naturalnym, osiągnęli z nim równowagę termiczną.
3. Trwałość lodowców w morzach i na biegunach jest szczególnym przypadkiem równowagi termicznej. Dokładniej, ostrzeżenia dotyczące globalnego ocieplenia mają wiele wspólnego ze wzrostem temperatury mórz, a następnie równowagą termiczną, w której topnieje większość tego lodu.
4. Kiedy ktoś wychodzi z kąpieli, jest stosunkowo zimny, ponieważ ciało weszło w stan równowagi z gorącą wodą, a teraz musi wejść w stan równowagi z otoczeniem.
5. Chcąc schłodzić filiżankę kawy, dodaj do niej zimne mleko.
6. Substancje takie jak masło są bardzo wrażliwe na zmiany temperatury, a przy bardzo krótkim czasie kontaktu ze środowiskiem w temperaturze naturalnej dochodzą do równowagi i topią się.
7. Kładąc dłoń na zimnej poręczy, przez pewien czas staje się ona zimniejsza.
8. Słoik z kilogramem lodów topi się wolniej niż inny z ćwierć kilograma tych samych lodów. Wynika to z równania, w którym masa określa charakterystykę równowagi termicznej.
9. Kiedy kostka lodu zostanie umieszczona w szklance wody, zachodzi również równowaga termiczna. Jedyną różnicą jest to, że równowaga oznacza zmianę stanu, ponieważ przechodzi przez 100 ° C, w którym woda przechodzi ze stanu stałego w ciecz.
10. Dodaj zimną wodę do ilości gorącej wody, w której równowaga jest bardzo szybko osiągnięta przy temperaturze niższej niż oryginalna.