थर्मल संतुलन: यह क्या है, सूत्र, उदाहरण

संतुलनथर्मल वह स्थिति है जिसमें एक शरीर खुद को पाता है वहीतापमान उनके परिवेश की तुलना में। यह देखा गया है कि सभी पिंड जो अपने पड़ोसियों की तुलना में अधिक तापमान पर होते हैं, उन्हें स्वतः ही तब तक गर्मी देते हैं जब तक कि दोनों समान तापमान प्रस्तुत करना शुरू न कर दें।

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ऊष्मीय संतुलन और ऊष्मप्रवैगिकी का शून्य नियम

ऊष्मप्रवैगिकी के शून्य नियम के पीछे तापीय संतुलन केंद्रीय अवधारणा है। ऐसा कानून स्थापित करता है कि, उस मामले में जहां दो थर्मोडायनामिक सिस्टम, तथा ख, तीसरे थर्मोडायनामिक सिस्टम के साथ थर्मल संतुलन में हैं, सी, तब फिर, तथा ख वे थर्मल संतुलन में भी होंगे।

ऊष्मीय संतुलन में, प्रत्येक पिंड का अंतिम तापमान बराबर होना चाहिए: T = टी_ख = टी_सी

देखें कि ऊष्मप्रवैगिकी के शून्य नियम का कथन क्या स्थापित करता है:

“यदि दो निकाय तीसरे शरीर के साथ तापीय संतुलन में हैं, तो वे निकाय एक दूसरे के साथ तापीय संतुलन में होंगे।"

ऊष्मीय संतुलन को समझने का दूसरा तरीका निकायों की आंतरिक ऊर्जा पर आधारित है। आंतरिक ऊर्जा, या केवल तापीय ऊर्जा, एक भौतिक मात्रा है सीधेआनुपातिक à तापमान

शरीर का। इसलिए, यदि एक ही थर्मोडायनामिक प्रणाली के भीतर अलग-अलग तापमान वाले निकाय हैं, तो उनके पास अलग-अलग मॉड्यूल होंगे आंतरिक ऊर्जा और इसलिए उस ऊर्जा में से कुछ को उनके बीच तब तक स्थानांतरित करेगा जब तक कि उनकी ऊर्जाओं में कोई अंतर न हो। अंदर का। क्या आप जानना चाहते हैं कि आंतरिक ऊर्जा क्या है और इसके गुण क्या हैं? लेख तक पहुँचें: आंतरिक ऊर्जा।

गर्मी और थर्मल संतुलन

उच्चतम तापमान वाले शरीर से सबसे कम तापमान वाले शरीर में गर्मी हस्तांतरण हमेशा अनायास होता है। ऊष्मा के रूप में ऊर्जा का यह स्थानांतरण प्रक्रियाओं के माध्यम से हो सकता है जैसे ड्राइविंग, कंवेक्शन तथा विकिरण।

• ड्राइविंग: यह पिंडों के बीच ऊष्मा का स्थानांतरण है जो विशेष रूप से ठोस पदार्थों में होता है। इस प्रकार के चालन में, कोई द्रव्यमान स्थानान्तरण नहीं होता है। इस प्रकार का गर्मी हस्तांतरण बताता है कि धातुओं में थर्मल संतुलन कैसे होता है, उदाहरण के लिए।

• संवहन: यह एक गर्मी हस्तांतरण है जो तरल पदार्थों में होता है। गर्मी हस्तांतरण की इस विधा में, बड़े पैमाने पर स्थानांतरण होता है, जैसे ही गर्म द्रव चलता है, संवहन धाराएं बनाता है जब तक कि सभी द्रव थर्मल संतुलन तक नहीं पहुंच जाते।

• विकिरण: यह विद्युत चुम्बकीय तरंगों के माध्यम से गर्मी का संचरण है, इसलिए यह प्रक्रिया तब भी होती है जब शरीर और दूसरे शरीर के बीच अलग-अलग तापमान पर कोई भौतिक माध्यम न हो। इस मामले में स्थानांतरित की जाने वाली गर्मी, कम ऊर्जा वाली विद्युत चुम्बकीय तरंगों के बराबर होती है दृश्य प्रकाश, ऊष्मीय विकिरण के मामले में, के क्षेत्र में स्थित है इन्फ्रा-रेड।

आकृति में दो तरल पदार्थ एक दूसरे को तब तक स्थानांतरित करते हैं जब तक कि उनका तापमान बराबर न हो जाए।

क्या आप इस बारे में अधिक जानना चाहते हैं कि प्रत्येक गर्मी हस्तांतरण प्रक्रिया कैसे होती है? लेख तक पहुँचें: गर्मी प्रसार प्रक्रिया.

समझदार गर्मी

जब वहाँ अंतरमेंतापमान दो पिंडों के बीच, या किसी पिंड और उसके परिवेश के बीच, उनके बीच स्वतःस्फूर्त रूप से ऊष्मा विनिमय होगा, जिससे कि उच्च तापमान वाला पिंड ठंडा हो जाता है, और कम तापमान वाले पिंड तब तक गर्म होते हैं जब तक कि वे सभी तापमान तक नहीं पहुंच जाते में संतुलनथर्मल।

विभिन्न तापमानों पर पिंडों के बीच आदान-प्रदान की जाने वाली ऊष्मा की मात्रा कहलाती है समझदार गर्मी और इस राशि की गणना नीचे दिए गए चित्र में दिखाए गए सूत्र से की जा सकती है:

क्यू - गर्मी (चूना या जे)
म - द्रव्यमान (जी या किग्रा)
सी - विशिष्ट ऊष्मा (cal/gºC या J/kg. क)
टी - तापमान भिन्नता (डिग्री सेल्सियस या के)

ऊपर दिखाए गए सूत्र में, नाम की महानता को उजागर करना महत्वपूर्ण है विशिष्ट ताप. ऐसा परिमाण मापता है प्रति द्रव्यमान ऊर्जा की मात्रा जिसे किसी पदार्थ को प्राप्त करने या अवशोषित करने की आवश्यकता होती है, उसके तापमान में 1 डिग्री सेल्सियस की भिन्नता होती है। शुद्ध पानी के मामले में, उदाहरण के लिए, और सामान्य दबाव की स्थिति में, इसके तापमान को 1ºC से बदलने के लिए, प्रत्येक ग्राम पानी के लिए 1.0 कैलोरी की आवश्यकता होती है।

इस प्रकार, सभी पदार्थ जिन्होंने एक दूसरे के साथ थर्मल संपर्क स्थापित किया है, वे किस स्थिति में पहुंच जाते हैं? संतुलनथर्मल समय के साथ अनायास, हालांकि, कुछ को ऐसा करने के लिए अधिक मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है और यह सीधे थर्मल संतुलन तक पहुंचने के लिए तापमान को प्रभावित करता है।

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अव्यक्त गर्मी

यह संभव है कि अपने परिवेश के साथ ऊष्मा के आदान-प्रदान के दौरान, कोई पिंड दबाव, तापमान और आयतन प्रस्तुत करता है जिसके कारण उसकी भौतिक अवस्था में परिवर्तन होता है। ये परिवर्तन होते हैं तापमानलगातार (बिना अशुद्धियों के एक ही पदार्थ से बने पिंडों के लिए), यानी बाहरी वातावरण को गर्मी प्राप्त करने या देने के बावजूद, इन पिंडों का तापमान नहीं बदलता है।

यह केवल इसलिए संभव है क्योंकि इस मामले में, सभी ऊर्जा का आदान-प्रदान आपके अणुओं की संरचना को बदलने के लिए किया जा रहा है। जिस क्षण से ऊर्जा बाधा "दूर हो जाती है" और शरीर की सभी सामग्री किसी अन्य भौतिक अवस्था में होती है, शरीर अपने परिवेश के साथ गर्मी का आदान-प्रदान करना जारी रखता है, जब तक कि निश्चित रूप से, इसका तापमान बाहर के तापमान के बराबर न हो।

हे अव्यक्त गर्मी नीचे दिए गए चित्र में दिखाए गए सूत्र से गणना की जा सकती है, इसे देखें:

क्यू - गुप्त ऊष्मा (चूना या J)
म - द्रव्यमान (जी या किग्रा)
ली - विशिष्ट गुप्त ऊष्मा (cal/g या J/kg)

थर्मल इक्विलिब्रियम फॉर्मूला

मामले में हम यह पता लगाना चाहते हैं कि क्या है तापमानमेंसंतुलन कुछ थर्मोडायनामिक सिस्टम के लिए, यह आवश्यक है कि हम प्रश्न में सिस्टम को a. के रूप में मानें प्रणालीपृथकअर्थात्, हमें यह मान लेना चाहिए कि इस प्रणाली के आस-पड़ोस के साथ किसी भी मात्रा में ऊष्मा का आदान-प्रदान नहीं होता है।

इस स्थिति से, हम कह सकते हैं कि पूरी गर्मी का आदान-प्रदान केवल उन निकायों के बीच होता है जो इस प्रणाली को बनाते हैं, गर्मी के नुकसान की अवहेलना उदाहरण के लिए, कंटेनर की दीवारों के लिए। इस मामले में, हम कहते हैं कि कंटेनर है तापीय क्षमता नगण्य है, अर्थात यह किसी भी गर्मी को अवशोषित नहीं करता है।

निम्नलिखित स्थिति की कल्पना करें: एक कप गर्म चाय में, नगण्य ताप क्षमता के साथ, कुछ बर्फ के टुकड़े डालें। थर्मल संतुलन तापमान को निर्धारित करने के लिए, सिस्टम की प्रारंभिक स्थितियों को जानने के अलावा, हमें कुछ विचार करने चाहिए:

• गर्म चाय बर्फ को जितनी गर्मी देती है, वह पूरी तरह से उसके द्वारा अवशोषित हो जाएगी, क्योंकि कप में गर्मी की क्षमता न के बराबर होती है।

• हमें हवा और किसी भी अन्य परिवेश में गर्मी के नुकसान की अवहेलना करनी चाहिए, ताकि इस कप चाय को एक बंद थर्मोडायनामिक प्रणाली के रूप में समझा जा सके।

इस तरह, हम यह स्थापित कर सकते हैं कि बर्फ द्वारा प्राप्त गर्मी की पूरी मात्रा गर्म चाय द्वारा छोड़ दी गई थी, इसके साथ, हमने थर्मल संतुलन की गणना के लिए अपना सूत्र लिखा:

क्यू_आर - गर्मी प्राप्त
क्यू_सी - गर्मी दी गई

में दी गई ऊष्मा (Q .)_सी), गर्मी की मात्रा को संदर्भित करता है जो गर्म चाय को उसमें डाले गए बर्फ के टुकड़ों में स्थानांतरित किया जाता है। पहले से ही प्राप्त गर्मी (क्यू_आर) इन बर्फ के टुकड़ों को प्राप्त होने वाली ऊष्मा की मात्रा है। ऊष्मा की इस मात्रा की दो प्रकृतियाँ होंगी: ऊष्मा संवेदनशील और गर्म अव्यक्त, चूंकि, थर्मल संतुलन में प्रवेश करने के लिए, बर्फ के टुकड़े संभवतः पिघल जाएंगे।

थर्मल संतुलन तापमान का निर्धारण

आइए निम्नलिखित स्थिति से थर्मल संतुलन तापमान निर्धारित करें:

नगण्य तापीय क्षमता वाला एक कप, जिसमें 70 डिग्री सेल्सियस के प्रारंभिक तापमान पर 200 मिली (200 ग्राम) चाय होती है, -10 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 10 ग्राम बर्फ प्राप्त करता है। सिस्टम के थर्मल संतुलन तापमान का निर्धारण करें (मान लें कि चाय की विशिष्ट गर्मी पानी की विशिष्ट गर्मी के बराबर है):

डेटा:

सी_पानी = 1.0 कैल/जी°C

सी_बर्फ = 0.5 कैलोरी/जी°C

ली_बर्फ = 80 कैलोरी/जी

सबसे पहले, हम मानते हैं कि बर्फ द्वारा प्राप्त सभी गर्मी चाय द्वारा दी गई थी:

अगला, यह विस्तार करना आवश्यक है कि गर्मी के कौन से रूप दिए गए और प्राप्त किए गए:

• चाय: चाय ने केवल समझदार गर्मी दी (क्यू .)_रों), क्योंकि उसकी शारीरिक स्थिति नहीं बदली है।

• बर्फ: बर्फ शुरू में -10 डिग्री सेल्सियस पर थी, इसलिए इसे समझदार गर्मी मिली (क्यू_रों) 0 C के तापमान तक, तब गुप्त ऊष्मा प्राप्त होती है (Q_ली) द्रवित करना। तरल बनने के बाद, इसे गुप्त ऊष्मा प्राप्त हुई (Q_रों) जब तक यह तापीय संतुलन (T) में प्रवेश नहीं कर लेता_एफ) चाय के साथ।

उपरोक्त विश्लेषण को समीकरण के रूप में अनुवाद करते हुए, हमारे पास हल करने के लिए निम्नलिखित गणना होगी:

अभ्यास द्वारा प्रदान किए गए डेटा को ऊपर दिए गए समीकरण में प्रतिस्थापित करके, हमें निम्नलिखित गणना को हल करना होगा:

ऊपर की गई गणना के अनुसार, चाय + बर्फ प्रणाली का संतुलन तापमान लगभग 70.4 डिग्री सेल्सियस होना चाहिए।

थर्मल बैलेंस प्रयोग

दो निकायों के बीच थर्मल संतुलन का परीक्षण करने के लिए, हम कई प्रयोग कर सकते हैं। हालांकि, इनमें से सबसे सरल में a. का उपयोग शामिल है कैलोरीमीटर यह है एक थर्मामीटर. कैलोरीमीटर एक रुद्धोष्म कंटेनर है (जो गर्मी के पारित होने की अनुमति नहीं देता), थर्मल क्षमता के साथ के बारे मेंनगण्यउदाहरण के लिए, स्टायरोफोम से ढके बर्तन की तरह, जो एक अच्छा थर्मल इंसुलेटर है।

कैलोरीमीटर का उपयोग सिस्टम के अंदर के तापमान भिन्नता को मापने के लिए किया जाता है।

पृथ्वी पर तापीय संतुलन और जीवन

हे संतुलनथर्मल यह स्थलीय जीवन में एक मौलिक भूमिका निभाता है। पृथ्वी के वायुमंडल में ग्रीनहाउस गैसों की उपस्थिति के बिना, अधिकांश ऊष्मीय विकिरण अंतरिक्ष में प्रचार करते हुए ग्रह इसे छोड़ देगा। समय के साथ, यह पूरे ग्रह में बड़े पैमाने पर शीतलन का कारण बनेगा, जिससे महासागर समय के साथ जम जाएंगे।

इसके अलावा, महासागर इसमें महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं संतुलनथर्मल ग्रह का। इसके महान के आधार पर पास्ता तथा तपिशविशिष्ट, महासागर एक विशाल. के साथ संपन्न हैं क्षमताथर्मल, अर्थात्, उन्हें अपना तापमान बदलने के लिए भारी मात्रा में ऊष्मा प्राप्त करने की आवश्यकता होती है। इस कारण से, वे ग्रह के तापमान को बहुत कुशलता से नियंत्रित करने में सक्षम हैं। महासागरों से दूर और कम पानी वाले क्षेत्रों में बड़े होते हैं थर्मल रेंज, जैसा कि रेगिस्तानों के मामले में होता है, जो दिन में अत्यधिक गर्म और रात में जम जाते हैं।

इसलिए संतुलनथर्मल यह ग्रह पर भौतिक, रासायनिक और जैविक प्रक्रियाओं के रखरखाव के लिए मौलिक महत्व की प्रक्रिया है और इसलिए, पृथ्वी पर जीवन के अस्तित्व के लिए आवश्यक है।

मेरे द्वारा राफेल हेलरब्रॉक

स्रोत: ब्राजील स्कूल - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/equilibrio-termico.htm