Ravnotežatoplinska je stanje u kojem se tijelo nalazi u istitemperatura nego njihova okolina. Primjećuje se da ih sva tijela koja su na višim temperaturama od svojih susjeda imaju tendenciju spontano ih zagrijavati dok oba ne počnu pokazivati istu temperaturu.
Izgledtakođer:Osnove termologije
Toplinska ravnoteža i nulti zakon termodinamike
Toplinska ravnoteža središnji je koncept nultog zakona termodinamike. Takav zakon utvrđuje da, u slučaju kada dva termodinamička sustava, THE i B, nalaze se u toplinskoj ravnoteži s trećim termodinamičkim sustavom, Ç, onda, THE i B oni će također biti u toplinskoj ravnoteži.
U toplinskoj ravnoteži, konačne temperature svakog tijela moraju biti jednake: TTHE = TB = TÇ
Provjerite što utvrđuje tvrdnja nultog zakona termodinamike:
“Ako su dva tijela u toplinskoj ravnoteži s trećim tijelom, tada će ta tijela biti u toplinskoj ravnoteži jedno s drugim. "
Drugi način razumijevanja toplinske ravnoteže temelji se na unutarnjoj energiji tijela. Unutarnja energija, ili jednostavno toplinska energija, fizička je veličina
direktnoproporcionalan à temperatura tijela. Stoga, ako postoje tijela s različitim temperaturama unutar istog termodinamičkog sustava, oni će imati različite module od unutarnju energiju i stoga će prenositi dio te energije između sebe dok ne bude razlike između njihovih energija. unutarnja. Želite li znati više o tome što je unutarnja energija i koja su njezina svojstva? Pristupite članku: Unutarnja energija.Ne zaustavljaj se sada... Ima još toga nakon oglašavanja;)
toplina i toplinska ravnoteža
Prijenos topline uvijek se događa spontano, od tijela s najvišom temperaturom do tijela s najnižom temperaturom. Ovaj prijenos energije u obliku topline može se dogoditi kroz procese kao što su vožnje, konvekcija i radijacija.
Vožnja: Prijenos topline između tijela događa se osobito u čvrstim tijelima. U ovoj vrsti provođenja ne dolazi do prijenosa mase. Ova vrsta prijenosa topline objašnjava kako se, na primjer, javlja toplinska ravnoteža u metalima.
Konvekcija: To je prijenos topline koji se odvija u tekućinama. U ovom načinu prijenosa topline dolazi do prijenosa mase, dok se zagrijana tekućina kreće, stvarajući konvekcijske struje dok sva tekućina ne dosegne toplinsku ravnotežu.
Radijacija: To je prijenos topline kroz elektromagnetske valove, stoga se taj proces događa čak i ako između tijela i drugog tijela ne postoji fizički medij pri različitim temperaturama. Toplina koja se prenosi, u ovom je slučaju ekvivalent elektromagnetskim valovima s manje energije od vidljiva svjetlost, dakle toplinsko zračenje, smješteno u području infracrveni.
Dvije tekućine na slici međusobno prenose toplinu dok im temperature ne budu jednake.
Želite li znati više o tome kako se odvija svaki od procesa prijenosa topline? Pristupite članku: Procesi širenja topline.
osjetna toplina
kad postoji razlikautemperatura između dva tijela ili između tijela i njegove okoline doći će do izmjene topline između njih spontano, tako da će tijelo s višom temperaturom se hladi, a tijelo s nižom temperaturom zagrijava se dok sve ne postigne temperaturu u ravnotežatoplinska.
Količina topline koja se izmjenjuje između tijela pri različitim temperaturama naziva se osjetna toplina a taj se iznos može izračunati iz formule prikazane na donjoj slici:
Q - toplina (vapno ili J)
m - masa (g ili kg)
ç - specifična toplina (kal / gºC ili J / kg. K)
ΔT - varijacija temperature (° C ili K)
U gore prikazanoj formuli važno je istaknuti veličinu imena određena toplina. takva veličina mjeri količina energije po masi koju tvar treba da bi dala ili upila da bi joj temperatura varirala za 1 ° C. Na primjer, u slučaju čiste vode i pod normalnim uvjetima pritiska, za promjenu temperature za 1 ° C, potrebno je 1,0 kalorija za svaki gram vode.
Dakle, sve tvari koje su uspostavile toplotni kontakt jedni s drugima teže postići stanje ravnotežatoplinska s vremenom spontano, međutim, nekima je potrebna veća količina energije da bi to učinili, a to izravno utječe na temperaturu da postigne toplinsku ravnotežu.
čitatitakođer:Što je temperatura?
latentna toplina
Moguće je da tijekom izmjene topline sa okolinom tijelo prezentira tlak, temperaturu i volumen koji uzrokuju promjenu fizičkog stanja. Te se promjene događaju u temperaturakonstantno (za tijela sastavljena od jedne tvari, bez nečistoća), odnosno, unatoč primanju ili davanju topline vanjskoj okolini, temperatura tih tijela se ne mijenja.
To je moguće samo zato što se sva izmjenjena energija u ovom slučaju koristi za promjenu konformacije vaših molekula. Od trenutka kada je energetska barijera "prevladana" i sav je sadržaj tijela u drugom fizičkom stanju, Tijelo nastavlja izmjenjivati toplinu sa okolinom, osim ako, naravno, temperatura nije jednaka temperaturi izvana.
O latentna toplina može se izračunati iz formule prikazane na donjoj slici, pogledajte:
Q - latentna toplina (vapno ili J)
m - masa (g ili kg)
L - specifična latentna toplina (kal / g ili J / kg)
Formula toplinske ravnoteže
U slučaju da želimo saznati što je temperaturauravnoteža nekog termodinamičkog sustava, potrebno je da dotični sustav smatramo a sustavizolirani, to jest, moramo pretpostaviti da se nikakva količina topline ne razmjenjuje sa susjedstvima ovog sustava.
Iz ovog stanja možemo reći da se cjelokupna izmjenjena količina topline razmjenjuje samo između tijela koja čine ovaj sustav, zanemarujući gubitke topline za zidove posude, na primjer. U ovom slučaju kažemo da spremnik ima toplinski kapacitet zanemariv, tj. ne upija nikakvu toplinu.
Zamislite sljedeću situaciju: u šalicu vrućeg čaja, zanemarivog toplinskog kapaciteta, ulijte malo kockica leda. Da bismo odredili temperaturu toplinske ravnoteže, pored poznavanja početnih uvjeta sustava, moramo uzeti u obzir i sljedeće:
Svu količinu topline koju vrući čaj daje ledu u potpunosti će apsorbirati, jer šalica ima zanemariv toplinski kapacitet.
Moramo zanemariti gubitke topline u zraku i bilo kojoj drugoj okolini, tako da se ova šalica čaja može shvatiti kao zatvoreni termodinamički sustav.
Na taj način možemo utvrditi da se vrući čaj odrekao cijele količine topline koju je primio led, čime smo napisali svoju formulu za izračunavanje toplinske ravnoteže:
QR - Primljena toplina
QÇ - predana toplina
Toplina dana u (QÇ), odnosi se na količinu topline koju je vrući čaj prenio na kockice leda umetnute u njega. Već primljena toplina (QR) je količina topline koju su primile ove kockice leda. Ova količina topline imat će dvije prirode: toplinu osjetljiv i vruće latentan, budući da će se za ulazak u toplinsku ravnotežu kocke leda vjerojatno otopiti.
Određivanje temperature toplinske ravnoteže
Odredimo temperaturnu ravnotežnu temperaturu iz slijedeće situacije:
Šalica zanemarivog toplinskog kapaciteta koja sadrži 200 ml (200 g) čaja na početnoj temperaturi od 70 ° C, prima 10 g leda na temperaturi od -10 ° C. Odredite temperaturnu ravnotežnu temperaturu sustava (pretpostavimo da je specifična toplina čaja jednaka specifičnoj toplini vode):
Podaci:
çVODA = 1,0 kal / g ° C
çLED = 0,5 kal / g ° C
LLED = 80 kal / g
Prvo, smatramo da je svu toplinu koju je led primio dao čaj:
Dalje, potrebno je detaljno objasniti koji su oblici topline dani i primljeni:
Čaj: Čaj je davao samo osjetnu toplinu (Qs), budući da se njegovo fizičko stanje nije promijenilo.
Led: Led je u početku bio na -10 ° C, pa je dobivao osjetnu toplinu (Qs) do temperature od 0 ºC, a zatim je primljena latentna toplina (QL) ukapiti. Nakon što je postao tekućim, dobio je latentnu toplinu (Qs) dok ne uđe u toplinsku ravnotežu (TF) uz čaj.
Prevodeći prethodno analizirano u obliku jednadžbe, trebat ćemo riješiti sljedeći izračun:
Zamjenom podataka dobivenih vježbom u gore pronađenoj jednadžbi, morat ćemo riješiti sljedeći izračun:
Prema gornjem izračunu, ravnotežna temperatura sustava čaj + led trebala bi biti približno 70,4 ° C.
Pokus toplinske ravnoteže
Da bismo testirali toplinsku ravnotežu između dva tijela, možemo izvesti nekoliko pokusa. Međutim, najjednostavniji od njih uključuje upotrebu a kalorimetar to je termometar. Kalorimetar je adijabatski spremnik (koji ne dopušta prolaz topline), toplinskog kapaciteta okoneznatan, poput lonca obloženog stiroporom, na primjer, koji je dobar toplinski izolator.
Kalorimetar se koristi za mjerenje temperaturnih varijacija unutarnjeg sustava.
Toplinska ravnoteža i život na Zemlji
O ravnotežatoplinska igra temeljnu ulogu u zemaljskom životu. Bez prisutnosti stakleničkih plinova u Zemljinoj atmosferi, većina toplinsko zračenje planeta napustilo bi ga, šireći se u svemir. S vremenom bi to moglo izazvati veliko zahlađenje na cijelom planetu, što bi uzrokovalo smrzavanje oceana s vremenom.
Uz to, oceani igraju ključnu ulogu u ravnotežatoplinska planeta. Zahvaljujući svojoj velikoj tjestenina i toplinaspecifično, oceani su obdareni ogromnim kapacitettermalna, to jest, trebaju primiti ogromne količine topline da bi promijenili temperaturu. Iz tog su razloga sposobni vrlo učinkovito regulirati temperaturu planeta. Regije daleko od oceana i s malo vode imaju tendenciju da imaju velike termalni rasponi, kao u slučaju pustinja, koje su danju izuzetno vruće, a noću se smrzavaju.
Stoga je ravnotežatoplinska to je proces od temeljne važnosti za održavanje fizikalnih, kemijskih i bioloških procesa na planeti i, prema tome, neophodan za postojanje života na Zemlji.
Ja, Rafael Helerbrock
