Was ist thermisches Gleichgewicht? Formel, Beispiel und Übungen

Thermisches Gleichgewicht, auch thermodynamisches Gleichgewicht genannt, liegt vor, wenn zwei Körper oder Stoffe die gleiche Temperatur.

Dieses Konzept der Thermodynamik bezieht sich auf die spontane Wärmeübertragung (thermische Energie), die zwischen zwei in Kontakt stehenden Körpern auftritt.

Dabei überträgt der wärmere Körper Wärme auf den kühleren Körper, bis beide die gleiche Temperatur haben.

Wärmeübertragungsschema

Durch den Energieaustausch zwischen zwei Körpern (Wärmeenergie) geht dem wärmeren Körper Wärmeenergie verloren und dem kühleren Körper Energie zu.

Beispiel

Als Beispiel können wir die Mischung von heißem Kaffee mit kalter Milch nennen. Obwohl sie unterschiedliche Anfangstemperaturen haben, überträgt der heißeste Körper (Kaffee) in kurzer Zeit Wärmeenergie auf den kältesten (Milch). Dadurch wird die Mischung durch das thermische Gleichgewicht lauwarm.

Unter der Annahme, dass Kaffee eine Temperatur von 50 °C und Milch eine Temperatur von 20 °C hat, wird das thermische Gleichgewicht erreicht, wenn beide eine Temperatur von 35 °C haben.

Wärmeausbreitung

Es ist wichtig zu beachten, dass Wärme der Austausch von Energie ist und seine Übertragung auf drei Arten erfolgen kann:

• Wärmeleitung: Erhöhung der kinetischen Energie;
• thermische Konvektion: Erzeugung von Konvektionsströmen;
• Wärmestrahlung: mittels elektromagnetischer Wellen.

Arten der Wärmeausbreitung

Weiterlesen: Wärmeausbreitung.

Formel

Zur Berechnung der Wärmebilanz wird folgende Formel verwendet:

Q₁ + Q₂ + Q₃... = 0 oder ΣQ=0

Sein,

Q: Wärmemenge (Körpertemperatur)

Somit wissen wir, dass die Summe aller thermischen Energien null ist.

Ö spürbare Hitze es hängt mit der Temperaturänderung von Körpern zusammen. Es wird nach folgender Formel berechnet:

Q = m. ç. Δθ

Wo,

Q: fühlbare Wärmemenge (Kalk oder J)
ich: Körpermasse (g oder kg)
ç: spezifische Wärme des Stoffes (cal/g°C oder J/Kg°C)
Δθ: Temperaturschwankung (°C oder K)

Lesen Sie auch überKalorimetrieundHitze und Temperatur.

Aufnahmeprüfungsübungen mit Feedback

1. (Mackenzie) Wenn wir 1,0 kg Wasser (empfindliche spezifische Wärme = 1,0 cal/g°C) bei 70 °C mit 2,0 kg Wasser bei 10 °C mischen, erhalten wir 3,0 kg Wasser bei:

a) 10°C
b) 20°C
c) 30°C
d) 40°C
e) 50 °C

Siehe Antwort

Alternative c) 30°C

2. (UFP-RS) Betrachten Sie die folgenden Aussagen:

ICH. Wenn sich zwei Körper im thermischen Gleichgewicht befinden, haben beide die gleiche Wärmemenge.
II. Wenn sich zwei Körper im thermischen Gleichgewicht befinden, haben beide die gleiche Temperatur.
III. Wärme ist die Übertragung von Temperatur von einem Körper auf einen anderen.
IV. Wärme ist eine Energieform im Transit.

Aus den obigen Aussagen lässt sich Folgendes sagen:

a) I, II, III und IV sind richtig
b) I, II, III sind richtig
c) I, II und IV sind richtig
d) II und IV sind richtig
e) II und III sind richtig

Siehe Antwort

Alternative d) II und IV sind richtig

3. (FATEC-SP) Ein System A befindet sich im thermischen Gleichgewicht mit einem anderen B und dieses befindet sich nicht im thermischen Gleichgewicht mit einem anderen C. Wir können also sagen:

a) Die Systeme A und C haben die gleiche Wärmemenge.
b) die Temperatur von A unterscheidet sich von der von B.
c) Systeme A und B haben die gleiche Temperatur.
d) die Temperatur von B unterscheidet sich von der von C, aber C kann die gleiche Temperatur wie in System A haben.
e) keines der oben genannten.

Siehe Antwort

Alternative c) Systeme A und B haben die gleiche Temperatur.

4. (UFV-MG) Befinden sich zwei Körper aus unterschiedlichen Materialien isoliert von der Umgebung im thermischen Gleichgewicht, so kann man sagen:

a) der heißeste ist der mit der geringsten Masse.
b) trotz des Kontakts ändern sich ihre Temperaturen nicht.
c) das heißeste liefert dem kältesten Wärme.
d) das kälteste versorgt das heißeste mit Wärme
e) ihre Temperaturen hängen von ihrer Dichte ab.

Siehe Antwort

Alternative b) Trotz des Kontakts ändern sich ihre Temperaturen nicht.

5. (UFScar-SP) Zwei Körper A und B, mit Massen m_DAS im_B, liegen zunächst bei Temperaturen t_DAS und du_B, bzw. mit t_DAS t_B. Zu einem bestimmten Zeitpunkt werden sie in thermischen Kontakt gebracht. Nach Erreichen des thermischen Gleichgewichts haben wir:

a) t’a > t’b
b) t’a c) t’a = t’b
d) n.d.a.

Siehe Antwort

Alternative c) t’a = t’b

Siehe auch die Definition vonBalance in Physik.