ما هو التوازن الحراري؟ صيغة وأمثلة وتمارين

التوازن الحراري ، ويسمى أيضًا التوازن الديناميكي الحراري ، هو عندما يصل جسمان أو مادتان إلى نفس درجة الحرارة.

يرتبط مفهوم الديناميكا الحرارية هذا بالنقل التلقائي للحرارة (الطاقة الحرارية) الذي يحدث بين جسمين على اتصال.

في هذه العملية ، ينقل الجسم الأكثر دفئًا الحرارة إلى الجسم الأكثر برودة حتى يصل كلاهما إلى نفس درجة الحرارة.

مخطط نقل الحرارة

ينتج عن تبادل الطاقة بين جسمين (الطاقة الحرارية) فقدان الطاقة الحرارية من الجسم الأكثر دفئًا واكتساب الطاقة من الجسم الأكثر برودة.

مثال

على سبيل المثال ، يمكننا أن نذكر مزيج القهوة الساخنة مع الحليب البارد. على الرغم من اختلاف درجات الحرارة الأولية لديهم ، إلا أن الجسم الأكثر سخونة (القهوة) في وقت قصير ينقل الطاقة الحرارية إلى أبرد درجة (الحليب). وهكذا يصبح الخليط فاترًا نتيجة للتوازن الحراري.

بافتراض أن القهوة كانت عند 50 درجة مئوية والحليب عند 20 درجة مئوية ، يتم الوصول إلى التوازن الحراري عندما يكون كلاهما عند 35 درجة مئوية.

انتشار الحرارة

من المهم ملاحظة أن الحرارة هي تبادل للطاقة ويمكن أن يحدث نقلها بثلاث طرق:

• التوصيل الحراري: زيادة الطاقة الحركية.
• الحمل الحراري: خلق تيارات الحمل الحراري.
• تشعيع حراري: عن طريق الموجات الكهرومغناطيسية.

أنواع انتشار الحرارة

اقرأ أكثر: انتشار الحرارة.

معادلة

لحساب التوازن الحراري ، يتم استخدام الصيغة التالية:

س₁ + س₂ + س₃... = 0 أو ΣQ = 0

يجرى،

س: كمية الحرارة (درجة حرارة الجسم)

وهكذا ، نعلم أن مجموع كل الطاقات الحرارية هو صفر.

ا حرارة معقولة يتعلق بتغير درجة حرارة الأجسام. يتم حسابه بالصيغة التالية:

س = م. ç. Δθ

أين،

س: كمية الحرارة المعقولة (الجير أو J)
م: كتلة الجسم (جم أو كجم)
ç: حرارة نوعية للمادة (كال / غرام درجة مئوية أو ي / كغ درجة مئوية)
Δθ: اختلاف درجة الحرارة (° C أو K)

اقرأ أيضًا عنقياس السعرات الحراريةوالحرارة ودرجة الحرارة.

تمارين امتحان القبول مع الملاحظات

1. (ماكنزي) عندما نخلط 1.0 كجم من الماء (حرارة معينة حساسة = 1.0 كالوري / جم درجة مئوية) عند 70 درجة مئوية مع 2.0 كجم من الماء عند 10 درجة مئوية ، نحصل على 3.0 كجم من الماء عند:

أ) 10 درجات مئوية
ب) 20 درجة مئوية
ج) 30 درجة مئوية
د) 40 درجة مئوية
ه) 50 درجة مئوية

انظر للاجابة

البديل ج) 30 درجة مئوية

2. (UFP-RS) ضع في اعتبارك العبارات التالية:

أنا. عندما يكون جسمان في حالة توازن حراري ، فإن كلاهما لهما نفس كمية الحرارة.
II. عندما يكون جسمان في حالة توازن حراري ، فإن كلاهما لهما نفس درجة الحرارة.
ثالثا. الحرارة هي انتقال الحرارة من جسم إلى آخر.
رابعا. الحرارة هي شكل من أشكال الطاقة العابرة.

من البيانات السابقة يمكن القول:

أ) الأول والثاني والثالث والرابع صحيحة
ب) الأول والثاني والثالث صحيحة
ج) الأول والثاني والرابع صحيحة
د) الثاني والرابع صحيحان
هـ) الثاني والثالث صحيحان

انظر للاجابة

البديل د) الثاني والرابع صحيحان

3. (FATEC-SP) النظام A في حالة توازن حراري مع B آخر وهذا النظام ليس في توازن حراري مع C. لذلك يمكننا أن نقول:

أ) يحتوي النظامان A و C على نفس كمية الحرارة.
ب) تختلف درجة حرارة A عن درجة حرارة B.
ج) النظامان A و B لهما نفس درجة الحرارة.
د) تختلف درجة حرارة B عن درجة حرارة C ، لكن C يمكن أن يكون لها نفس درجة الحرارة كما في النظام A.
ه) لا شيء مما سبق.

انظر للاجابة

البديل ج) الأنظمة A و B لها نفس درجة الحرارة.

4. (UFV-MG) عندما يكون جسمان من مواد مختلفة في حالة توازن حراري ، معزولين عن البيئة ، يمكن القول أن:

أ) الأكثر سخونة هو الأقل كتلة.
ب) على الرغم من الاتصال ، لا تختلف درجات الحرارة.
ج) سخونة توفر الحرارة لأبرد.
د) أبرد يوفر الحرارة لأقصى درجة حرارة
ه) درجة حرارتها تعتمد على كثافتها.

انظر للاجابة

البديل ب) على الرغم من الاتصال ، لا تختلف درجات الحرارة.

5. (UFScar-SP) جسمان أ وب ، كتلتهما م_ال في_ب، في البداية في درجات حرارة ر_ال وأنت_ب، على التوالي ، مع t_ال ر_ب. في لحظة معينة ، يتم وضعهم في اتصال حراري. بعد الوصول إلى التوازن الحراري ، سيكون لدينا:

أ) t’a> t’b
ب) t’a c) t’a = t’b
د) بدون تاريخ

انظر للاجابة

البديل ج) t’a = t’b

انظر أيضا تعريفالتوازن في الفيزياء.