BalanceThermal- ist der Zustand, in dem sich ein Körper im gleichTemperatur als ihre Umgebung. Es wird beobachtet, dass alle Körper, die eine höhere Temperatur als ihre Nachbarn haben, dazu neigen, ihnen spontan Wärme zu geben, bis beide beginnen, die gleiche Temperatur zu zeigen.
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Thermisches Gleichgewicht und das Nullgesetz der Thermodynamik
Das thermische Gleichgewicht ist das zentrale Konzept hinter dem Nullgesetz der Thermodynamik. Dieses Gesetz legt fest, dass für den Fall, dass zwei thermodynamische Systeme DAS und B, befinden sich im thermischen Gleichgewicht mit einem dritten thermodynamischen System, Ç, dann, DAS und B sie befinden sich auch im thermischen Gleichgewicht.
Im thermischen Gleichgewicht müssen die Endtemperaturen jedes Körpers gleich sein: TDAS = TB = TÇ
Sehen Sie sich an, was die Aussage des Nullsatzes der Thermodynamik festlegt:
“Wenn zwei Körper mit einem dritten Körper im thermischen Gleichgewicht sind, dann befinden sich diese Körper miteinander im thermischen Gleichgewicht.“
Eine andere Möglichkeit, den Wärmehaushalt zu verstehen, basiert auf der inneren Energie von Körpern. Innere Energie oder einfach nur thermische Energie ist eine physikalische Größe direktproportional à Temperatur vom Körper. Wenn es also Körper mit unterschiedlichen Temperaturen innerhalb desselben thermodynamischen Systems gibt, haben sie unterschiedliche Module von innere Energie und überträgt daher einen Teil dieser Energie zwischen ihnen, bis es keinen Unterschied zwischen ihren Energien gibt. intern. Möchten Sie mehr darüber erfahren, was innere Energie ist und welche Eigenschaften sie hat? Greifen Sie auf den Artikel zu: Innere Energie.
Wärme und Wärmehaushalt
Die Wärmeübertragung erfolgt immer spontan, vom Körper mit der höchsten Temperatur zum Körper mit der niedrigsten Temperatur. Diese Energieübertragung in Form von Wärme kann durch Prozesse wie Fahren, Konvektion und Strahlung.
Fahren: Es ist die Wärmeübertragung zwischen Körpern, die insbesondere in Festkörpern stattfindet. Bei dieser Art der Leitung treten keine Stoffübertragungen auf. Diese Art der Wärmeübertragung erklärt beispielsweise, wie das thermische Gleichgewicht in Metallen entsteht.
Konvektion: Es ist eine Wärmeübertragung, die in Flüssigkeiten stattfindet. Bei dieser Art der Wärmeübertragung findet ein Massentransfer statt, während sich das erhitzte Fluid bewegt und Konvektionsströme bildet, bis das gesamte Fluid ein thermisches Gleichgewicht erreicht.
Strahlung: Es ist die Übertragung von Wärme durch elektromagnetische Wellen, daher findet dieser Prozess auch dann statt, wenn kein physikalisches Medium zwischen dem Körper und einem anderen Körper mit unterschiedlichen Temperaturen vorhanden ist. Die übertragene Wärme entspricht in diesem Fall elektromagnetischen Wellen mit weniger Energie als sichtbares Licht, also Wärmestrahlung, im Bereich des of Infrarot.
Die beiden Flüssigkeiten in der Abbildung übertragen Wärme aufeinander, bis ihre Temperaturen gleich sind.
Möchten Sie mehr darüber erfahren, wie die einzelnen Wärmeübertragungsprozesse ablaufen? Greifen Sie auf den Artikel zu: Wärmeausbreitungsprozesse.
spürbare Hitze
wenn da UnterschiedimTemperatur zwischen zwei Körpern oder zwischen einem Körper und seiner Umgebung findet spontan ein Wärmeaustausch zwischen ihnen statt, so dass die Körper mit höherer Temperatur kühlt sich ab und Körper mit niedrigerer Temperatur erwärmen sich, bis sie alle die Temperatur erreichen im BalanceThermal.
Die Wärmemenge, die zwischen Körpern bei unterschiedlichen Temperaturen ausgetauscht wird, heißt spürbare Hitze und dieser Betrag kann aus der Formel in der folgenden Abbildung berechnet werden:
Q – Hitze (Kalk oder J)
ich – Masse (g oder kg)
ç - spezifische Wärme (cal/gºC oder J/kg. K)
T – Temperaturschwankung (°C oder K)
In der oben gezeigten Formel ist es wichtig, die Größe des Namens hervorzuheben spezifische Wärme. solche Größe misst die Energiemenge pro Masse, die ein Stoff abgeben oder absorbieren muss, damit seine Temperatur um 1 °C variiert. Bei reinem Wasser zum Beispiel und unter normalen Druckbedingungen werden 1,0 Kalorien pro Gramm Wasser benötigt, um seine Temperatur um 1 °C zu ändern.
Somit neigen alle Stoffe, die thermischen Kontakt zueinander hergestellt haben, dazu, den Zustand von. zu erreichen BalanceThermal- Im Laufe der Zeit benötigen einige jedoch spontan eine größere Energiemenge, und dies wirkt sich direkt auf die Temperatur aus, um das thermische Gleichgewicht zu erreichen.
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latente Wärme
Es ist möglich, dass ein Körper beim Wärmeaustausch mit seiner Umgebung Druck, Temperatur und Volumen ausübt, die dazu führen, dass er seinen physikalischen Zustand ändert. Diese Veränderungen erfolgen in TemperaturKonstante (bei Körpern, die aus einem einzigen Stoff ohne Verunreinigungen bestehen), d. h. trotz Aufnahme oder Abgabe von Wärme an die äußere Umgebung ändert sich die Temperatur dieser Körper nicht.
Dies ist nur möglich, weil in diesem Fall die gesamte ausgetauschte Energie verwendet wird, um die Konformation Ihrer Moleküle zu ändern. Von dem Moment an, in dem die Energiebarriere "überwunden" ist und sich der gesamte Körperinhalt in einem anderen physischen Zustand befindet, dem Der Körper tauscht weiterhin Wärme mit seiner Umgebung aus, es sei denn, seine Temperatur entspricht der Außentemperatur.
Ö latente Wärme kann aus der in der folgenden Abbildung gezeigten Formel berechnet werden, sieh es dir an:
Q – latente Wärme (Kalk oder J)
ich – Masse (g oder kg)
L – spezifische latente Wärme (cal/g oder J/kg)
Thermische Gleichgewichtsformel
Falls wir herausfinden wollen, was das ist TemperaturimBalance eines thermodynamischen Systems ist es notwendig, dass wir das fragliche System als a Systemisoliertd.h. wir müssen annehmen, dass keine Wärmemenge mit den Umgebungen dieses Systems ausgetauscht wird.
Aus dieser Bedingung können wir sagen, dass die gesamte ausgetauschte Wärmemenge nur zwischen den Körpern ausgetauscht wird, aus denen dieses System besteht. ohne Berücksichtigung von Wärmeverlusten für die Wände des Behälters, zum Beispiel. In diesem Fall sagen wir, dass der Container Wärmekapazität vernachlässigbar, dh es nimmt keine Wärme auf.
Stellen Sie sich folgende Situation vor: Gießen Sie in eine Tasse heißen Tee mit vernachlässigbarer Wärmekapazität einige Eiswürfel. Um die Temperatur des thermischen Gleichgewichts zu bestimmen, müssen wir neben der Kenntnis der Anfangsbedingungen des Systems einige Überlegungen anstellen:
Die gesamte Wärmemenge, die der heiße Tee an das Eis abgibt, wird vollständig von diesem absorbiert, da die Tasse eine vernachlässigbare Wärmekapazität hat.
Wärmeverluste an die Luft und andere Umgebungen müssen wir vernachlässigen, damit diese Tasse Tee als geschlossenes thermodynamisches System verstanden werden kann.
Auf diese Weise können wir feststellen, dass die gesamte vom Eis aufgenommene Wärmemenge vom heißen Tee abgegeben wurde, damit haben wir unsere Formel zur Berechnung der Wärmebilanz geschrieben:
QR – Wärme empfangen
QÇ – Wärmeabgabe in
Die in (QÇ) bezieht sich auf die Wärmemenge, die der heiße Tee auf die darin eingelegten Eiswürfel überträgt. Bereits die empfangene Wärme (QR) ist die Wärmemenge, die diese Eiswürfel erhalten. Diese Wärmemenge hat zwei Naturen: Wärme empfindlich und heiß latent, da die Eiswürfel wahrscheinlich schmelzen, um in ein thermisches Gleichgewicht zu gelangen.
Bestimmung der thermischen Gleichgewichtstemperatur
Bestimmen wir die Temperatur des thermischen Gleichgewichts aus der folgenden Situation:
Eine Tasse mit vernachlässigbarer Wärmekapazität, die 200 ml (200 g) Tee bei einer Anfangstemperatur von 70 °C enthält, erhält 10 g Eis bei einer Temperatur von -10°C. Bestimmen Sie die thermische Gleichgewichtstemperatur des Systems (nehmen Sie an, dass die spezifische Wärme des Tees der spezifischen Wärme des Wassers entspricht):
Daten:
çWASSER = 1,0 cal/g°C
çEIS = 0,5 cal/g°C
LEIS = 80 cal/g
Zunächst gehen wir davon aus, dass die gesamte vom Eis aufgenommene Wärme vom Tee abgegeben wurde:
Als nächstes muss detailliert beschrieben werden, welche Wärmeformen abgegeben und empfangen wurden:
Tee: Der Tee gab nur fühlbare Wärme (Qso), da sich sein körperlicher Zustand nicht verändert hat.
Eis: Das Eis hatte anfänglich eine Temperatur von -10°C, erhielt also fühlbare Wärme (Qso) bis zu einer Temperatur von 0 ºC, dann latente Wärme (QL) zu verflüssigen. Nachdem es flüssig geworden war, erhielt es latente Wärme (Qso) bis es in das thermische Gleichgewicht eintritt (TF) mit Tee.
Wenn wir das oben Analysierte in Form einer Gleichung übersetzen, müssen wir die folgende Berechnung lösen:
Wenn wir die Daten aus der Übung in die oben gefundene Gleichung ersetzen, müssen wir die folgende Berechnung lösen:
Nach obiger Berechnung sollte die Gleichgewichtstemperatur des Tee+Eis-Systems ca. 70,4 °C betragen.
Wärmebilanz-Experiment
Um das Wärmegleichgewicht zwischen zwei Körpern zu testen, können wir mehrere Experimente durchführen. Die einfachste davon beinhaltet jedoch die Verwendung von a Kalorimeter es ist ein Thermometer. Das Kalorimeter ist ein adiabatischer Behälter (der keinen Wärmedurchgang zulässt) mit Wärmekapazität Überunerheblich, wie zum Beispiel ein mit Styropor ausgekleideter Topf, der ein guter Wärmeisolator ist.
Das Kalorimeter wird verwendet, um die Temperaturschwankungen des Systems im Inneren zu messen.
Wärmehaushalt und Leben auf der Erde
Ö BalanceThermal- es spielt eine grundlegende Rolle im irdischen Leben. Ohne das Vorhandensein von Treibhausgasen in der Erdatmosphäre würden die meisten Wärmestrahlung des Planeten würde es verlassen und sich in den Weltraum ausbreiten. Im Laufe der Zeit würde dies zu einer massiven Abkühlung auf dem Planeten führen, wodurch die Ozeane mit der Zeit gefrieren würden.
Darüber hinaus spielen die Ozeane eine Schlüsselrolle in BalanceThermal- des Planeten. Aufgrund seiner großartigen Pasta und HitzeSpezifisch, die Ozeane sind mit einer riesigen KapazitätThermal, das heißt, sie müssen große Wärmemengen aufnehmen, um ihre Temperatur zu ändern. Aus diesem Grund sind sie in der Lage, die Temperatur des Planeten sehr effizient zu regulieren. Regionen fernab der Ozeane und mit wenig Wasser haben tendenziell große thermische Reichweiten, wie bei Wüsten, die tagsüber extrem heiß und nachts eiskalt sind.
deshalb, die BalanceThermal- es ist ein Prozess von grundlegender Bedeutung für die Aufrechterhaltung der physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse auf dem Planeten und daher für die Existenz des Lebens auf der Erde unerlässlich.
Von mir. Rafael Helerbrock
Quelle: Brasilien Schule - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/equilibrio-termico.htm
