Toplinska ravnoteža se događa kada dva tijela - u početku na različitim temperaturama - dolaze u kontakt i nakon postupka prijenosa topline, dostići istu temperaturu.
Toplina, naziv koji se u fizici daje toplinskoj energiji, uvijek se prenosi s najtoplijeg tijela na najhladnije tijelo, a kad tijela dosegnu istu temperaturu, toplinski protok između njih se zaustavlja.
Ako nema izmjene topline s okolinom, količina topline koju gubi jedno tijelo jednaka je količini topline koju apsorbira drugo.
Slika: prikaz dvaju tijela u toplinskoj ravnoteži nakon kontakta.
Isto se može dogoditi i s tijelom čiji su dijelovi na različitim temperaturama. Kad cijelo tijelo postigne istu temperaturu, ono će biti u toplinskoj ravnoteži.
Toplina
U svakodnevnom jeziku riječ toplina povezana je s osjećajem u našem tijelu kada je temperatura visoka. U fizici je značenje topline drugačije. Toplina je u ovom slučaju toplinska energija u pokretu.
Tijela se sastoje od čestica, a toplina se određuje prema stupnju miješanja tih čestica. Odnosno, što je veće miješanje njegovih molekula, to je veća toplinska energija ili toplina.
Toplina se mjeri u džul (J) ili kalorija (limeta). Kalorija je količina energije potrebna za povišenje za 1 ° C, 1 g vode. Odnos između ovih mjernih jedinica je: 1 kal = 4,186 j.
Kako se događa toplinska ravnoteža?
Kad su dva tijela na različitim temperaturama, njihove su molekule na različitim stupnjevima agitacije. Molekule tijela s višom temperaturom više su uzburkane, a niže temperature manje uznemirene.
Kad dođu u kontakt, tijelo s najvišom temperaturom prenijet će toplinsku energiju na drugo, sve dok oba ne dosegnu istu temperaturu, što se naziva toplinska ravnoteža. Da bismo to olakšali, sjetimo se primjera:
Da biste napravili želatinu, prašak trebate umiješati u kipuću vodu, a zatim staviti istu količinu vode sobne temperature. Voda na temperaturi od 100 ° C doći će u kontakt s vodom sobne temperature i prenosit će toplinu, sve dok sva tekućina u posudi ne bude imala istu temperaturu.
Da nije bilo izmjene topline s okolinom, konačna temperatura bila bi točno prosjek dvije temperature. Pogledajte primjer:
Voda na 100 ° C + Voda na 25 ° C = 125 ° C
Ova vrijednost podijeljena s 2 bila bi jednaka 62,5 °. Međutim, kako smjesa gubi energiju iz okoliša, ta će temperatura u praksi biti malo niža.
termometar
Kad trebamo izmjeriti tjelesnu temperaturu, koristimo se termometrom. Ovaj nam uređaj govori temperaturu pomoću termodinamičke ravnoteže između tijela i termometra.
Kad termometar dosegne istu temperaturu kao i naše tijelo, prestaje prenositi toplinu i, u nekim slučajevima, oglašava se zvučnim signalom kako bi vas obavijestio da je protok zaustavljen. I tako, znamo imamo li vrućicu ili ne.
znati više o određena toplina i temperatura.
Načini prijenosa topline
Energija u obliku topline može se prenositi s jednog tijela na drugo na tri načina: provođenje, konvekcija i zračenje.
Vožnja
Provođenje se događa kada se energija prenosi s molekule na molekulu. Molekule s većom agitacijom dolaze u kontakt s molekulama s manje agitacije i povećavaju njihovu brzinu kretanja.
Ako držite metalnu žlicu na jednom kraju, a drugi kraj dodirnete vatrom, možete za nekoliko trenutaka opeći ruku. To je zato što molekule miješane vatrom uzrokuju miješanje ostalih molekula, donoseći toplinsku energiju svim priborom za jelo - povećavajući njihovu temperaturu.
Konvekcija
Konvekcija se događa s plinovitim ili tekućim tvarima, koje prenose toplinu kroz struje. kružni oblici koji nastaju zbog razlike u gustoći toplog i hladnog dijela a supstancija.
To je slučaj grijaće vode u loncu. Dio vode koji je najbliži vatri prvo će se zagrijati, jer je gustoća tople vode manja porast će u posudi, a najhladniji dio vode će se spustiti, stvarajući tako kružnu struju konvekcija.
Zračenje
U zračenju nije potrebno da postoji kontakt između tijela da bi se energija širila, kao što se događa u provođenju ili konvekciji. U ovom se slučaju toplinska energija širi iz jednog tijela u drugo elektromagnetskim valovima. Tijelo koje prima toplinu naziva se prijemnik, a ono koje emitira emiter.
Ovako Sunce zagrijava planet Zemlju. Kao što znamo, sunce je vrlo daleko od Zemlje, odnosno nema kontakta. Toplina koja dolazi do Zemlje i jamči život na planeti prenosi se zračenjem, kroz elektromagnetske valove.
Vidi također značenje toplina i Termalna energija.
