- Τι είναι η θερμική ισορροπία;
- Τι είναι η θερμική ισορροπία;
- Τύπος θερμικής ισορροπίας
- Μηδενικός νόμος της θερμοδυναμικής
- Παραδείγματα θερμικής ισορροπίας
Εξηγούμε τι είναι η θερμική ισορροπία, από τι αποτελείται και ποιος είναι ο τύπος της. Επίσης, ο μηδενικός νόμος της θερμοδυναμικής και παραδείγματα.
Τι είναι η θερμική ισορροπία;
Σεφυσικός, Θερμική ισορροπία ονομάζεται η κατάσταση κατά την οποία δύο σώματα σε επαφή, ή χωρισμένα από μια αγώγιμη επιφάνεια, εξισώνουν τις αρχικά ανόμοιες θερμοκρασίες τους, λόγω της μεταφοράς θερμότητας από το ένα στο άλλο.
Εάν έχουμε δύο αντικείμενα σε επαφή, το ένα πιο ζεστό από το άλλο, καθώς περνάει ο καιρός και τα δύο θα τείνουν να φτάσουν στην ίδια θερμοκρασία και, αν δεν υπάρξει μεταφορά θερμότητα προς άλλα αντικείμενα, στο εξής θα διατηρούν θερμική ισορροπία, δηλαδή α θερμοκρασία συνεχής.
Τι είναι η θερμική ισορροπία;
Αυτό το φαινόμενο μπορεί να εξηγηθεί μικροσκοπικά, κατανοώντας ότι η θερμοκρασία των αντικειμένων σχετίζεται άμεσα με το Κινητική ενέργεια μέσος όρος σαςσωματίδια, να είναιάτομα, μόρια, ή αυτά που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Αυτός ο μέσος όρος είναι αυτό που συνήθως ονομάζεται «εσωτερική ενέργεια» στη φυσική, επομένως όσο μεγαλύτερη είναι η κινητική ενέργεια, τόσο μεγαλύτερη είναι η εσωτερική ενέργεια και τόσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του συστήματος.
Δύο σώματα σε επαφή ανταλλάσσουν ενέργεια καθώς περνά ο χρόνος. Και έτσι, το σημείο θερμικής ισορροπίας επιτυγχάνεται όταν η κινητική ενέργεια και των δύο σωμάτων είναι ίση, έτσι ώστε και τα δύο σώματα να αρχίσουν να λειτουργούν ως ένα ενιαίο θερμοδυναμικό σύστημα, προικισμένο με την ίδια ποσότητα εσωτερικής ενέργειας και, επομένως, θερμοκρασίας.
Τύπος θερμικής ισορροπίας
Η έκφραση της θερμικής ισορροπίας περιλαμβάνει τον υπολογισμό της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ των δύο σωμάτων, επομένως πρέπει να προσδιοριστεί η ποσότητα θερμότητας (Q) που ανταλλάσσουν.
Αυτό προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο Q = m. Ce. Δt, όπου m θα είναι τομάζα του σώματος, Ce suειδική θερμότητα εκφράζεται σε cal / gr ° C, και Δt είναι η διακύμανση της θερμοκρασίας, δηλαδή: Δt = tf - ti, τελικός χρόνος μείον αρχικό χρόνο.
Αφού υπολογιστεί η θερμότητα Q για κάθε σώμα, μπορούμε να τα συγκρίνουμε γνωρίζοντας ότι η θερμική ισορροπία συμβαίνει στην ισότητα των θερμοκρασιών μεταξύ του σώματος 1 και του σώματος 2. Για να επιτευχθεί η θερμική ισορροπία, η θερμότητα που κερδίζει το ψυχρότερο σώμα είναι αυτή ότι το θερμότερο σώμα χάνει, άρα Q1 = Q2, δηλαδή θερμότητα κερδισμένη = απώλεια θερμότητας.
Μηδενικός νόμος της θερμοδυναμικής
Αυτή η αρχή εκφράζεται στον λεγόμενο Μηδενικό Νόμο της Θερμοδυναμικής, ο οποίος εκφράστηκε το 1931 από τον R. H. Fowler ως εξής: «Αν βρεθούν δύο συστήματα Α και Β, το καθένα ξεχωριστά, σε θερμική ισορροπία με ένα τρίτο Σύστημα, που θα ονομάσουμε C, τότε το Α και το Β βρίσκονται επίσης σε θερμική ισορροπία μεταξύ τους».
Δηλαδή: αν A = C και B = C, τότε A = B.
Χάρη σε αυτή την αρχή, που επικεντρώνεται στη μαθηματική διατύπωση της θερμοδυναμικής, είναι γνωστό αυτό που ο Μάξγουελ εξέφρασε με λέξεις με αυτόν τον τρόπο: «Όλη η θερμότητα είναι του ίδιου τύπου».
Παραδείγματα θερμικής ισορροπίας
Ακολουθούν μερικά απλά παραδείγματα θερμικής ισορροπίας:
- Όταν μπαίνουμε σε ένα ζεστό δωμάτιο, αντιλαμβανόμαστε τη ζεστασιά τουαέρας αμέσως αλλά δίνεται ένα περιθώριο τηςκαιρός, το σώμα μας θα ανταλλάξει θερμότητα με τον αέρα και θα μπει σε θερμική ισορροπία μαζί του, οπότε θα σταματήσουμε να αντιλαμβανόμαστε τη διαφορά θερμοκρασίας.
- Εάν εισάγουμε ένα γυάλινο δοχείο με κρύο νερό σε ένα μεγαλύτερο με βραστό νερό, η ροή θερμότητας μεταξύ των δύο θα ψύξει το ζεστό νερό και θα θερμάνει το κρύο, μέχρι να φτάσει σε ένα ενδιάμεσο επίπεδο θερμικής ισορροπίας.
- Τα προϊόντα που έχουμε στον καταψύκτη της κουζίνας μας βρίσκονται σε θερμική ισορροπία ως προς τον παγωμένο αέρα μεταξύ τους, ώστε να μοιράζονται όλα την ίδια θερμοκρασία.