Tasakaalsoojus on seisund, milles keha satub samatemperatuur kui nende ümbrus. Täheldatakse, et kõik kehad, mis on naabritest kõrgemal temperatuuril, kipuvad neile spontaanselt soojust andma, kuni mõlemad hakkavad sama temperatuuri andma.
Vaataka:Termoloogia alused
Termiline tasakaal ja termodünaamika nullseadus
Termiline tasakaal on termodünaamika nullseaduse taga keskne mõiste. Sellises seaduses on sätestatud, et juhul kui kaks termodünaamilist süsteemi THE ja B, on kolmanda termodünaamilise süsteemiga termilises tasakaalus, Ç, siis THE ja B nad on ka termilises tasakaalus.
Termilise tasakaalu korral peavad iga keha lõpptemperatuurid olema võrdsed: TTHE = TB = TÇ
Vaadake, mida termodünaamika nullseaduse väide kehtestab:
“Kui kaks keha on kolmanda kehaga termilises tasakaalus, siis on need kehad üksteisega termilises tasakaalus. "
Teine viis termilise tasakaalu mõistmiseks põhineb kehade siseenergial. Siseenergia ehk lihtsalt soojusenergia on füüsikaline suurus otseproportsionaalne à temperatuur
keha. Seega, kui ühes termodünaamilises süsteemis on erineva temperatuuriga kehasid, on neil erinevad moodulid siseenergiat ja kannab seetõttu osa sellest energiast omavahel läbi, kuni nende energiate vahel pole vahet. sisemine. Kas soovite rohkem teada saada, mis on siseenergia ja millised on selle omadused? Juurdepääs artiklile: Sisemine energia.Ärge lõpetage kohe... Peale reklaami on veel;)
soojuse ja termilise tasakaalu
Soojusülekanne toimub alati spontaanselt kõige kõrgema temperatuuriga kehast madalaima temperatuuriga kehast. See energia ülekandmine soojuse kujul võib toimuda selliste protsesside kaudu nagu sõitmine, konvektsioon ja kiirgus.
Autojuhtimine: See on soojuse ülekandmine kehade vahel, mis toimub eriti tahketes ainetes. Seda tüüpi juhtimisel ei toimu massiülekandeid. Seda tüüpi soojusülekanne selgitab, kuidas toimub termiline tasakaal näiteks metallides.
Konvektsioon: See on soojusülekanne, mis toimub vedelikes. Selles soojusülekande režiimis toimub massiülekanne, kuna kuumutatud vedelik liigub, moodustades konvektsioonivoolusid, kuni kogu vedelik saavutab termilise tasakaalu.
Kiirgus: See on soojusülekanne elektromagnetlainete kaudu, seetõttu toimub see protsess isegi siis, kui keha ja teise keha vahel ei ole erinevatel temperatuuridel füüsilist keskkonda. Ülekantav soojus on antud juhul samaväärne elektromagnetlainetega, mille energia on väiksem nähtav valgus, mis on seega soojuskiirgus, asub infrapunane.
Joonisel olevad kaks vedelikku annavad üksteisele soojust edasi, kuni nende temperatuur on võrdne.
Kas soovite rohkem teada saada, kuidas iga soojusülekande protsess toimub? Juurdepääs artiklile: Kuumuse levimise protsessid.
mõistlik kuumus
kui on erinevusaastaltemperatuur kahe keha vahel või keha ja selle ümbruse vahel toimub nende vahel spontaanne soojusvahetus, nii et kõrgema temperatuuriga keha jahtub ja madalama temperatuuriga kehad kuumenevad, kuni nad kõik saavutavad temperatuuri aastal tasakaalsoojus.
Nimetatakse soojushulka, mis kehade vahel erinevatel temperatuuridel vahetub mõistlik kuumus ja selle summa saab arvutada järgmise joonise valemi järgi:
Q - soojus (lubi või J)
m - mass (g või kg)
ç - erisoojus (cal / gºC või J / kg. K)
ΔT - temperatuuri kõikumine (° C või K)
Eespool näidatud valemis on oluline välja tuua nime ülevus erisoojus. selline suurus mõõdab energiakogus massi kohta, mida aine peab tootma või neelama, et selle temperatuuri muutuks 1 ° C. Näiteks puhta vee korral ja normaalse rõhu tingimustes, et selle temperatuuri 1 ° C võrra muuta, on vaja iga grammi vee kohta 1,0 kalorit.
Seega kipuvad kõik ained, mis on omavahel termiliselt kokku puutunud, jõudma nende seisundisse tasakaalsoojus aja jooksul spontaanselt vajavad mõned selleks aga suuremat energiat ja see mõjutab otseselt temperatuuri, et saavutada termiline tasakaal.
lugedaka:Mis on temperatuur?
varjatud kuumus
Võimalik, et soojusvahetuste ajal ümbritsevaga avaldab keha rõhku, temperatuuri ja mahtu, mis põhjustavad tema füüsikalises olekus muutusi. Need muutused toimuvad aastal temperatuurpidev (kehade puhul, mis koosnevad ühest ainest, ilma lisanditeta), see tähendab, et vaatamata väliskeskkonnale soojuse vastuvõtmisele või andmisele ei muutu nende kehade temperatuur.
See on võimalik ainult seetõttu, et kogu vahetatud energiat kasutatakse sel juhul teie molekulide konformatsiooni muutmiseks. Sellest hetkest, kui energiabarjäär on "ületatud" ja kogu keha sisu on teises füüsilises olekus Keha jätkab soojuse vahetamist ümbritsevaga, välja arvatud juhul, kui loomulikult on tema temperatuur võrdne välistemperatuuriga.
O varjatud kuumus saab arvutada järgmise joonise valemi järgi, vaadake seda:
Q - varjatud kuumus (lubi või J)
m - mass (g või kg)
L - spetsiifiline varjatud soojus (cal / g või J / kg)
Termilise tasakaalu valem
Juhul, kui tahame teada saada, mis on temperatuuraastaltasakaal mõne termodünaamilise süsteemi puhul on vajalik, et käsitleme kõnealust süsteemi kui a süsteemiisoleeritudsee tähendab, et peame eeldama, et selle süsteemi naabruskondadega ei vahetata mingit soojushulka.
Selle tingimuse põhjal võime öelda, et kogu vahetatud soojushulk vahetatakse ainult selle süsteemi moodustavate kehade vahel, arvestamata soojuskaod näiteks konteineri seinte jaoks. Sel juhul ütleme, et konteineril on soojusmahtuvus tühine, st see ei ima mingit soojust.
Kujutage ette järgmist olukorda: valage tühja soojusvõimega tassi kuuma teesse mõned jääkuubikud. Termilise tasakaalu temperatuuri määramiseks peame lisaks süsteemi algtingimuste tundmisele tegema mõned kaalutlused:
Kuum tee, mida kuum tee jääle annab, neelab selle täielikult, kuna tassil on tühine soojusvõime.
Me peame arvestama soojuskadudega õhku ja muudesse ümbrustesse, et seda teetassi saaks mõista kui suletud termodünaamilist süsteemi.
Sel viisil saame kindlaks teha, et kuum tee loobus kogu jää poolt vastuvõetud soojushulgast, kirjutasime sellega termilise tasakaalu arvutamise valemi:
QR - Soojus vastu võetud
QÇ - sisse antud soojus
(QÇ) viitab kuumuse hulgale, mille kuum tee kandis sinna sisestatud jääkuubikutesse. Juba saadud soojus (QR) on nende jääkuubikute saadud soojushulk. Sellel soojushulgal on kaks olemust: soojus tundlik ja kuum varjatud, kuna termilise tasakaalu saavutamiseks sulavad jääkuubikud tõenäoliselt.
Termilise tasakaalu temperatuuri määramine
Määrame termilise tasakaalu temperatuuri järgmisest olukorrast:
Tühja termilise võimsusega tass, mis sisaldab 200 ml (200 g) teed algtemperatuuril 70 ° C, saab 10 g jääd temperatuuril -10 ° C. Määrake süsteemi termilise tasakaalu temperatuur (eeldage, et tee erisoojus on võrdne vee erisoojusega):
Andmed:
çVESI = 1,0 cal / g ° C
çJÄÄ = 0,5 cal / g ° C
LJÄÄ = 80 cal / g
Esiteks arvestame, et kogu jää kätte saadud soojuse andis tee ära:
Järgmisena tuleb täpsustada, millised soojusvormid anti ja saadi:
Tee: Tee andis ainult mõistlikku kuumust (Qs), kuna tema füüsiline seisund pole muutunud.
Jää: Jää oli algselt -10 ° C juures, nii et see sai mõistlikku kuumust (Qs) temperatuurini 0 ° C, seejärel sai varjatud kuumust (QL) vedelema. Pärast vedelaks muutumist sai see varjatud soojust (Qs), kuni see jõuab termilise tasakaalu (TF) koos teega.
Eespool analüüsitud võrrandi kujul tõlkides on meil lahendamiseks järgmine arvutus:
Asendades harjutuse abil saadud andmed ülaltoodud võrrandis, peame lahendama järgmise arvutuse:
Eespool tehtud arvutuste kohaselt peaks tee + jää süsteemi tasakaalutemperatuur olema umbes 70,4 ° C.
Termilise tasakaalu katse
Kahe keha vahelise termilise tasakaalu testimiseks võime läbi viia mitu katset. Lihtsaim neist hõlmab aga a kasutamist kalorimeeter see on termomeeter. Kalorimeeter on adiabaatiline mahuti (mis ei võimalda soojuse läbimist), termilise võimsusega umbesebaoluline, nagu näiteks vahtpolüstürooliga vooderdatud pott, mis on hea soojusisolaator.
Kalorimeetrit kasutatakse süsteemi temperatuuri varieerumise mõõtmiseks.
Termiline tasakaal ja elu Maal
O tasakaalsoojus see mängib maapealses elus põhirolli. Kasvuhoonegaaside puudumisel Maa atmosfääris on suurem osa soojuskiirgus planeedist lahkuks sellest, levides kosmosesse. Aja jooksul põhjustaks see kogu planeedil tohutut jahutamist, põhjustades ookeanide aja jooksul külmumist.
Lisaks on ookeanidel võtmeroll tasakaalsoojus planeedi. Tänu oma suurepärasele pasta ja kuumuskonkreetne, ookeanid on varustatud tohutult mahutavussoojus, see tähendab, et nad peavad temperatuuri muutmiseks saama tohutul hulgal soojust. Sel põhjusel suudavad nad planeedi temperatuuri väga tõhusalt reguleerida. Ookeanidest kaugel asuvad ja vähese veega piirkonnad kipuvad olema suured termilised vahemikud, nagu kõrbete puhul, mis on päeval äärmiselt kuumad ja öösel külmuvad.
Seetõttu on tasakaalsoojus see on planeedi füüsikaliste, keemiliste ja bioloogiliste protsesside säilitamiseks ülitähtis protsess ning seetõttu oluline Maa elu olemasolu jaoks.
Minu poolt. Rafael Helerbrock
