Keseimbanganpanas adalah kondisi di mana tubuh menemukan dirinya dalam samasuhu daripada lingkungan mereka. Diamati bahwa semua benda yang berada pada suhu yang lebih tinggi daripada tetangganya cenderung memberi mereka panas secara spontan sampai keduanya mulai menunjukkan suhu yang sama.
Lihatjuga:Dasar-dasar Termologi
Kesetimbangan termal dan hukum nol Termodinamika
Kesetimbangan termal adalah konsep sentral di balik hukum nol termodinamika. Hukum tersebut menetapkan bahwa, dalam kasus di mana dua sistem termodinamika, ITU dan B, berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem termodinamika ketiga, Ç, kemudian, ITU dan B mereka juga akan berada dalam kesetimbangan termal.
Dalam kesetimbangan termal, suhu akhir setiap benda harus sama: TITU = TB = TÇ
Lihat apa yang ditetapkan oleh pernyataan hukum nol Termodinamika:
“Jika dua benda berada dalam kesetimbangan termal dengan benda ketiga, maka benda-benda itu akan berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain.”
Cara lain untuk memahami keseimbangan termal didasarkan pada energi internal tubuh. Energi internal, atau hanya energi panas, adalah kuantitas fisik physical
langsungsebanding à suhu dari tubuh. Oleh karena itu, jika ada benda dengan suhu berbeda dalam sistem termodinamika yang sama, mereka akan memiliki modul modules yang berbeda energi internal dan karena itu akan mentransfer sebagian energi itu di antara mereka sampai tidak ada perbedaan antara energi mereka. intern. Apakah Anda ingin tahu lebih banyak tentang apa itu energi internal dan apa sifat-sifatnya? Akses artikel: Energi dalam.keseimbangan panas dan termal
Perpindahan panas selalu terjadi secara spontan, dari benda yang bersuhu paling tinggi ke benda yang bersuhu paling rendah. Perpindahan energi dalam bentuk panas ini dapat terjadi melalui proses seperti: menyetir, konveksi dan radiasi.
Menyetir: Ini adalah perpindahan panas antar benda yang terjadi terutama pada padatan. Pada jenis konduksi ini, tidak terjadi perpindahan massa. Jenis perpindahan panas ini menjelaskan bagaimana kesetimbangan termal terjadi pada logam, misalnya.
Konveksi: Ini adalah perpindahan panas yang terjadi dalam cairan. Dalam mode perpindahan panas ini, terjadi perpindahan massa, saat fluida yang dipanaskan bergerak, membentuk arus konveksi hingga semua fluida mencapai kesetimbangan termal.
Radiasi: Ini adalah transmisi panas melalui gelombang elektromagnetik, sehingga proses ini terjadi bahkan jika tidak ada media fisik antara tubuh dan tubuh lain pada suhu yang berbeda. Panas yang ditransfer, dalam hal ini, setara dengan gelombang elektromagnetik dengan energi lebih kecil dari cahaya tampak, sehingga menjadi radiasi termal, terletak di wilayah infra merah.
Dua cairan pada gambar mentransfer panas satu sama lain sampai suhunya sama.
Apakah Anda ingin tahu lebih banyak tentang bagaimana masing-masing proses perpindahan panas terjadi? Akses artikel: Proses propagasi panas.
panas yang masuk akal
kapan ada perbedaandisuhu antara dua benda, atau antara benda dengan sekelilingnya, akan terjadi pertukaran panas antara keduanya secara spontan, sehingga benda yang suhunya lebih tinggi mendingin, dan benda yang suhunya lebih rendah memanas sampai semuanya mencapai suhu di keseimbanganpanas.
Banyaknya kalor yang dipertukarkan antar benda pada suhu yang berbeda disebut panas yang masuk akal dan jumlah ini dapat dihitung dari rumus yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Q – panas (kapur atau J)
saya - massa (g atau kg)
ç - kalor jenis (cal/gºC atau J/kg. K)
T – variasi suhu (°C atau K)
Dalam rumus yang ditunjukkan di atas, penting untuk menyoroti keagungan nama panas spesifik. besaran tersebut mengukur jumlah energi per massa yang dibutuhkan suatu zat untuk menghasilkan, atau menyerap, agar suhunya bervariasi sebesar 1°C. Dalam kasus air murni, misalnya, dan di bawah kondisi tekanan normal, untuk memvariasikan suhunya sebesar 1ºC, diperlukan 1,0 kalori untuk setiap gram air.
Dengan demikian, semua zat yang telah membentuk kontak termal satu sama lain cenderung mencapai kondisi keseimbanganpanas dari waktu ke waktu secara spontan, bagaimanapun, beberapa memerlukan jumlah energi yang lebih besar untuk melakukannya dan ini secara langsung mempengaruhi suhu untuk mencapai kesetimbangan termal.
Bacajuga:Apa itu suhu?
panas laten
Ada kemungkinan bahwa selama pertukaran panas dengan lingkungannya, suatu benda memberikan tekanan, suhu, dan volume yang menyebabkannya mengalami perubahan keadaan fisiknya. Perubahan ini terjadi di occur suhukonstan (untuk benda yang terdiri dari satu zat, tanpa kotoran), yaitu, meskipun menerima atau memberikan panas ke lingkungan eksternal, suhu benda ini tidak berubah.
Ini hanya mungkin karena semua energi yang dipertukarkan, dalam hal ini, digunakan untuk mengubah konformasi molekul Anda. Dari saat penghalang energi "diatasi" dan semua isi tubuh berada dalam kondisi fisik lain, Tubuh terus bertukar panas dengan lingkungannya, kecuali, tentu saja, suhunya sama dengan suhu di luar.
HAI panas laten dapat dihitung dari rumus yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini, periksa:
Q – panas laten (kapur atau J)
saya - massa (g atau kg)
L – kalor laten spesifik (kal/g atau J/kg)
Rumus Kesetimbangan Termal
Jika kita ingin mengetahui apa itu suhudikeseimbangan dari beberapa sistem termodinamika, kita perlu mempertimbangkan sistem tersebut sebagai sistemterpencil, yaitu, kita harus mengasumsikan bahwa tidak ada jumlah panas yang dipertukarkan dengan lingkungan sistem ini.
Dari kondisi ini, kita dapat mengatakan bahwa seluruh jumlah panas yang dipertukarkan hanya dipertukarkan antara benda-benda yang membentuk sistem ini, mengabaikan kehilangan panas untuk dinding wadah, misalnya. Dalam hal ini, kami mengatakan bahwa wadah tersebut memiliki kapasitas termal diabaikan, yaitu tidak menyerap panas.
Bayangkan situasi berikut: dalam secangkir teh panas, dengan kapasitas panas yang dapat diabaikan, tuangkan beberapa es batu. Untuk menentukan suhu kesetimbangan termal, selain mengetahui kondisi awal sistem, kita harus membuat beberapa pertimbangan:
Semua jumlah panas yang diberikan teh panas ke es akan diserap sepenuhnya olehnya, karena cangkir memiliki kapasitas panas yang dapat diabaikan.
Kita harus mengabaikan kehilangan panas ke udara dan lingkungan lainnya, sehingga secangkir teh ini dapat dipahami sebagai sistem termodinamika tertutup.
Dengan cara ini, kita dapat menetapkan bahwa seluruh jumlah panas yang diterima oleh es diberikan oleh teh panas, dengan itu, kita menulis rumus untuk menghitung keseimbangan termal:
QR - Panas yang diterima
QÇ – panas yang diberikan
Kalor yang diberikan dalam (QÇ), mengacu pada jumlah panas yang ditransfer teh panas ke es batu yang dimasukkan ke dalamnya. Sudah panas yang diterima (QR) adalah jumlah kalor yang diterima es batu. Jumlah panas ini akan memiliki dua sifat: panas peka dan panas terpendam, karena, untuk masuk ke dalam kesetimbangan termal, es batu kemungkinan akan mencair.
Menentukan suhu kesetimbangan termal
Mari kita tentukan suhu kesetimbangan termal dari situasi berikut:
Sebuah cangkir, dengan kapasitas termal yang dapat diabaikan, yang berisi 200 ml (200 g) teh pada suhu awal 70°C, menerima 10 gram es pada suhu -10°C. Tentukan suhu kesetimbangan termal sistem (asumsikan bahwa panas jenis teh sama dengan panas jenis air):
Data:
çAIR = 1,0 kal/g°C
çES = 0,5 kal/g°C
LES = 80 kal/g
Pertama, kami menganggap bahwa semua panas yang diterima oleh es diberikan oleh teh:
Selanjutnya, perlu untuk merinci bentuk panas mana yang diberikan dan diterima:
Teh: Teh hanya memberikan panas yang masuk akal (Qs), karena kondisi fisiknya tidak berubah.
Es: Es pada mulanya bersuhu -10°C, sehingga menerima kalor sensibel (Qs) sampai suhu 0 C, kemudian menerima kalor laten (QL) untuk mencairkan. Setelah menjadi cair, ia menerima panas laten (Qs) sampai memasuki kesetimbangan termal (TF) dengan teh.
Menerjemahkan apa yang dianalisis di atas dalam bentuk persamaan, kita akan memiliki perhitungan berikut untuk diselesaikan:
Dengan mengganti data yang diberikan oleh latihan dalam persamaan yang ditemukan di atas, kita harus menyelesaikan perhitungan berikut:
Menurut perhitungan yang dibuat di atas, suhu kesetimbangan sistem teh+es seharusnya sekitar 70,4°C.
Percobaan keseimbangan termal
Untuk menguji keseimbangan termal antara dua benda, kita dapat melakukan beberapa percobaan. Yang paling sederhana dari ini, bagaimanapun, melibatkan penggunaan a kalorimeter ini adalah sebuah termometer. Kalorimeter adalah wadah adiabatik (yang tidak memungkinkan lewatnya panas), dengan kapasitas termal tentangdiabaikan, seperti pot yang dilapisi styrofoam, misalnya, yang merupakan isolator termal yang baik.
Kalorimeter digunakan untuk mengukur variasi suhu sistem di dalamnya.
Keseimbangan termal dan kehidupan di Bumi
HAI keseimbanganpanas itu memainkan peran mendasar dalam kehidupan terestrial. Tanpa adanya gas rumah kaca di atmosfer bumi, sebagian besar radiasi termal planet akan meninggalkannya, menyebar ke luar angkasa. Seiring waktu, ini akan menyebabkan pendinginan besar-besaran di seluruh planet, menyebabkan lautan membeku dari waktu ke waktu.
Selain itu, lautan memainkan peran kunci dalam keseimbanganpanas dari planet ini. Berdasarkan kehebatannya Semacam spageti dan panasspesifik, lautan diberkahi dengan yang besar kapasitaspanas, yaitu, mereka perlu menerima sejumlah besar panas untuk mengubah suhu mereka. Untuk alasan ini, mereka mampu mengatur suhu planet dengan sangat efisien. Daerah yang jauh dari lautan dan dengan sedikit air cenderung memiliki luas rentang termal, seperti dalam kasus gurun, yang sangat panas di siang hari dan sangat dingin di malam hari.
Oleh karena itu, keseimbanganpanas itu adalah proses yang sangat penting untuk pemeliharaan proses fisik, kimia dan biologis di planet ini dan, oleh karena itu, penting untuk keberadaan kehidupan di Bumi.
Oleh Saya. Rafael Helerbrock
Sumber: Sekolah Brasil - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/equilibrio-termico.htm
