Когда два тела с разными температурами соприкасаются, то более горячее отдает часть своей энергии тому, которое имеет более низкую температуру, до такой степени, что обе температуры равны.
Эта ситуация известна как тепловое равновесие, и это как раз то состояние, в котором температуры двух тел, изначально имевших разные температуры, равны. Бывает, что при выравнивании температур тепловой поток приостановлен, а затем достигается равновесная ситуация.
Смотрите также: Примеры тепла и температуры
Теоретически тепловое равновесие является основополагающим в так называемом Законе нуля или Принцип нуля термодинамики, что объясняет, что если две отдельные системы одновременно находятся в тепловом равновесии с третьей системой, они находятся в тепловом равновесии друг с другом. Этот Закон является фундаментальным для всей дисциплины термодинамики, которая является разделом физики, который имеет дело с описанием состояний равновесия на макроскопическом уровне.
Уравнение, позволяющее количественно оценить количество тепла, которое обменивается при передаче между телами, имеет вид:
Q = М * С * ΔT
Где Q - количество тепла, выраженное в калориях, M - масса исследуемого тела, C - удельная теплоемкость тела, а ΔT - разница температур.
В В ситуации равновесия масса и теплоемкость сохраняют свое первоначальное значение, но разница температур становится равной 0 потому что была определена именно равновесная ситуация, когда нет изменений температуры.
Еще одно важное уравнение для идеи теплового равновесия - это уравнение, которое стремится выразить температуру, которую будет иметь объединенная система. Принято считать, что, когда система частиц N1, которая имеет температуру T1, входит в контакт с другой системой частиц N2, которая находится при температуре T2, равновесная температура получается по формуле:
(N1 * T1 + N2 * T2) / (N1 + N2).
Таким образом, можно увидеть, что когда обе подсистемы имеют одинаковое количество частиц, равновесная температура снижается до средней между двумя начальными температурами. Это можно обобщить для отношений между более чем двумя подсистемами.
Вот несколько примеров ситуаций, когда возникает тепловое равновесие:
- Так работает измерение температуры тела с помощью термометра. Длительное время, в течение которого термометр должен находиться в контакте с телом, чтобы действительно количественно определять градусы температуры, объясняется именно временем, которое требуется для достижения теплового равновесия.
- Продукты, которые продаются «натуральными», могли пройти через холодильник. Однако через некоторое время вне холодильника, соприкасаясь с окружающей природной средой, они достигли с ней теплового равновесия.
- Постоянство ледников в морях и на полюсах - частный случай теплового равновесия. Точнее, предупреждения о глобальном потеплении во многом связаны с повышением температуры морей, а затем и с тепловым равновесием, при котором большая часть этого льда тает.
- Когда человек выходит из ванны, ему относительно холодно, потому что тело пришло в равновесие с горячей водой, и теперь оно должно прийти в равновесие с окружающей средой.
- Если хотите охладить чашку кофе, добавьте в нее холодное молоко.
- Такие вещества, как масло, очень чувствительны к изменениям температуры, и за очень короткое время контакта с окружающей средой при естественной температуре они приходят в равновесие и тают.
- Если положить руку на холодные перила, рука на время станет холоднее.
- Банка с килограммом мороженого тает медленнее, чем другая с четвертью килограмма того же мороженого. Это создается уравнением, в котором масса определяет характеристики теплового равновесия.
- Когда кубик льда помещается в стакан с водой, также происходит тепловое равновесие. Единственное отличие состоит в том, что равновесие подразумевает изменение состояния, поскольку оно проходит через 100 ° C, когда вода переходит из твердого состояния в жидкость.
- Добавьте холодную воду к норме горячей воды, при которой очень быстро достигается равновесие при температуре ниже исходной.
