Līdzsvarstermiskā ir stāvoklis, kurā ķermenis atrodas tāpattemperatūra nekā viņu apkārtne. Tiek novērots, ka visi ķermeņi, kas atrodas augstākā temperatūrā nekā viņu kaimiņi, mēdz tiem spontāni dot siltumu, līdz abi sāk rādīt vienādu temperatūru.
Skatiesarī:Termoloģijas pamati
Termiskais līdzsvars un termodinamikas nulles likums
Termiskā līdzsvars ir galvenais termodinamikas nulles likuma jēdziens. Šāds likums nosaka, ka gadījumā, ja divas termodinamiskās sistēmas, un B, ir termiskā līdzsvara stāvoklī ar trešo termodinamisko sistēmu, Ç, tad un B tie būs arī termiskā līdzsvara stāvoklī.
Termiskajā līdzsvarā katra ķermeņa galīgajām temperatūrām jābūt vienādām: T = TB = TÇ
Pārbaudiet, ko nosaka termodinamikas nulles likuma paziņojums:
“Ja divi ķermeņi atrodas termiskā līdzsvarā ar trešo ķermeni, tad šie ķermeņi būs savstarpēji termiskā līdzsvarā. ”
Vēl viens veids, kā saprast termisko līdzsvaru, ir balstīts uz ķermeņu iekšējo enerģiju. Iekšējā enerģija vai vienkārši siltuma enerģija ir fizisks lielums
tiešiproporcionāls à temperatūra ķermeņa. Tāpēc, ja vienā un tajā pašā termodinamiskajā sistēmā ir ķermeņi ar atšķirīgu temperatūru, tiem būs dažādi moduļi iekšējo enerģiju, un tāpēc daļu no šīs enerģijas nodos savā starpā, līdz starp viņu enerģijām nav atšķirības. iekšējs. Vai vēlaties uzzināt vairāk par to, kas ir iekšējā enerģija un kādas ir tās īpašības? Piekļūstiet rakstam: Iekšējā enerģija.Nepārtrauciet tūlīt... Pēc reklāmas ir vēl vairāk;)
siltuma un siltuma bilance
Siltuma pārnešana vienmēr notiek spontāni, no ķermeņa ar augstāko temperatūru uz ķermeņa ar zemāko temperatūru. Šī enerģijas pārnešana siltuma veidā var notikt, izmantojot tādus procesus kā braukšana, konvekcija un starojums.
Braukšana: Tas ir siltuma pārnese starp ķermeņiem, kas notiek īpaši cietās daļās. Šāda veida vadībā masu pārneses nenotiek. Šis siltuma pārneses veids izskaidro, kā, piemēram, metālos notiek siltuma līdzsvars.
Konvekcija: Tā ir siltuma pārnešana, kas notiek šķidrumos. Šajā siltuma pārneses režīmā notiek masas pārnese, kad sakarsētais šķidrums pārvietojas, veidojot konvekcijas strāvas, līdz viss šķidrums sasniedz termisko līdzsvaru.
Radiācija: Tas ir siltuma pārnese caur elektromagnētiskajiem viļņiem, tāpēc šis process notiek pat tad, ja dažādās ķermeņa temperatūrās starp ķermeni un citu ķermeni nav fiziskas vides. Pārnestais siltums šajā gadījumā ir ekvivalents elektromagnētiskajiem viļņiem ar mazāku enerģiju nekā redzamā gaisma, tātad termiskais starojums, kas atrodas Rumānijas reģionā infrasarkanais.
Abi attēlā esošie šķidrumi nodod siltumu viens otram, līdz to temperatūra ir vienāda.
Vai vēlaties uzzināt vairāk par to, kā notiek katrs siltuma pārneses process? Piekļūstiet rakstam: Siltuma izplatīšanās procesi.
saprātīgs karstums
kad ir atšķirībaiekšātemperatūra starp diviem ķermeņiem vai starp ķermeni un tā apkārtni, starp tiem spontāni notiks siltuma apmaiņa, tā ka augstākas temperatūras ķermenis atdziest, un zemākas temperatūras ķermeņi sakarst, līdz tie visi sasniedz temperatūru iekšā līdzsvarstermiskā.
Tiek saukts siltuma daudzums, kas tiek apmainīts starp ķermeņiem dažādās temperatūrās saprātīgs karstums un šo summu var aprēķināt pēc formulas, kas parādīta zemāk redzamajā attēlā:
J - siltums (kaļķi vai J)
m - masa (g vai kg)
ç - īpatnējais siltums (cal / gºC vai J / kg. K)
ΔT - temperatūras svārstības (° C vai K)
Iepriekš parādītajā formulā ir svarīgi izcelt nosaukuma varenību īpašs karstums. šāds lielums mēra enerģijas daudzums uz masu, kas vielai vajadzīga, lai iegūtu vai absorbētu, lai tās temperatūra mainītos par 1 ° C. Piemēram, tīra ūdens gadījumā un normālos spiediena apstākļos, lai mainītu tā temperatūru par 1 ° C, katram gramam ūdens ir nepieciešama 1,0 kalorija.
Tādējādi visas vielas, kurām ir izveidojies termisks kontakts savā starpā, mēdz sasniegt līdzsvarstermiskā laika gaitā spontāni, tomēr dažiem tas prasa lielāku enerģijas daudzumu, un tas tieši ietekmē temperatūru, lai sasniegtu termisko līdzsvaru.
lasītarī:Kas ir temperatūra?
latentais karstums
Iespējams, ka siltuma apmaiņas laikā ar apkārtni ķermenis uzrāda spiedienu, temperatūru un tilpumu, kas izraisa tā fiziskā stāvokļa izmaiņas. Šīs izmaiņas notiek temperatūranemainīgs (ķermeņiem, kas sastāv no vienas vielas, bez piemaisījumiem), tas ir, neskatoties uz siltuma saņemšanu vai piešķiršanu ārējai videi, šo ķermeņu temperatūra nemainās.
Tas ir iespējams tikai tāpēc, ka visa apmainītā enerģija šajā gadījumā tiek izmantota, lai mainītu jūsu molekulu konformāciju. No brīža, kad enerģijas barjera ir "pārvarēta", un viss ķermeņa saturs atrodas citā fiziskā stāvoklī - Ķermenis turpina apmainīties ar siltumu ar apkārtni, ja vien, protams, tā temperatūra nav vienāda ar ārējo temperatūru.
O latentais karstums var aprēķināt pēc formulas, kas parādīta zemāk redzamajā attēlā, pārbaudiet to:
J - latentais siltums (kaļķi vai J)
m - masa (g vai kg)
L - īpatnējais latentais siltums (cal / g vai J / kg)
Termiskā līdzsvara formula
Gadījumā, ja mēs vēlamies uzzināt, kas ir temperatūraiekšālīdzsvars attiecībā uz kādu termodinamisko sistēmu ir nepieciešams uzskatīt, ka attiecīgā sistēma ir a sistēmāizolēts, tas ir, mums jāpieņem, ka ar šīs sistēmas apkārtni netiek apmainīts nekāds siltuma daudzums.
No šī nosacījuma mēs varam teikt, ka viss siltuma daudzums tiek apmainīts tikai starp ķermeņiem, kas veido šo sistēmu, neņemot vērā siltuma zudumus piemēram, konteinera sienām. Šajā gadījumā mēs sakām, ka konteineram ir siltuma jauda niecīgs, ti, tas neuzsūc nekādu siltumu.
Iedomājieties šādu situāciju: tasē karstas tējas ar nenozīmīgu siltuma jaudu ielejiet dažus ledus gabaliņus. Lai noteiktu termiskā līdzsvara temperatūru, papildus sistēmas sākotnējo apstākļu pārzināšanai mums jāņem vērā arī daži apsvērumi:
Tas pilnībā absorbēs visu siltuma daudzumu, ko karstā tēja dod ledum, jo tasītei ir niecīga siltuma jauda.
Mums nav jāņem vērā siltuma zudumi gaisā un citā apkārtnē, lai šo tējas tasi varētu saprast kā slēgtu termodinamisko sistēmu.
Tādā veidā mēs varam noteikt, ka karstā tēja atteicās no visa ledus saņemtā siltuma daudzuma, un mēs uzrakstījām savu formulu siltuma bilances aprēķināšanai:
JR - siltums saņemts
JÇ - dots siltums
Siltums, kas dots (QÇ), attiecas uz siltuma daudzumu, ko karstā tēja nodeva tajā ievietotajiem ledus gabaliņiem. Jau saņemtais siltums (QR) ir siltuma daudzums, ko saņem šie ledus gabaliņi. Šim siltuma daudzumam būs divas īpašības: siltums jūtīgs un karsts latents, tā kā, lai nonāktu termiskajā līdzsvarā, ledus gabali, visticamāk, izkusīs.
Termiskā līdzsvara temperatūras noteikšana
Nosakīsim siltuma līdzsvara temperatūru no šādas situācijas:
Krūzīte ar nenozīmīgu siltuma jaudu, kas satur 200 ml (200g) tējas sākotnējā temperatūrā 70 ° C, saņem 10g ledus -10 ° C temperatūrā. Nosakiet sistēmas termiskā līdzsvara temperatūru (pieņemsim, ka īpatnējais tējas siltums ir vienāds ar īpatnējo ūdens siltumu):
Dati:
çŪDENS = 1,0 cal / g ° C
çICE = 0,5 cal / g ° C
LICE = 80 cal / g
Pirmkārt, mēs uzskatām, ka visu ledus saņemto siltumu atdeva tēja:
Tālāk ir jāprecizē, kuras siltuma formas tika dotas un saņemtas:
Tēja: Tēja deva tikai saprātīgu siltumu (Qs), jo viņa fiziskais stāvoklis nav mainījies.
Ledus: Sākotnēji ledus bija -10 ° C temperatūrā, tāpēc tas saņēma saprātīgu siltumu (Qs) līdz 0 ° C temperatūrai, pēc tam saņēma latentu siltumu (QL) sašķidrināt. Pēc tam, kad tas kļuva šķidrs, tas saņēma latentu siltumu (Qs), līdz tas nonāk termiskajā līdzsvarā (TF) ar tēju.
Tulkojot iepriekš analizēto vienādojuma veidā, mums būs jāatrisina šāds aprēķins:
Aizstājot vingrinājumā sniegtos datus iepriekšminētajā vienādojumā, mums būs jāatrisina šāds aprēķins:
Saskaņā ar iepriekš veikto aprēķinu tējas + ledus sistēmas līdzsvara temperatūrai jābūt aptuveni 70,4 ° C.
Termiskās līdzsvara eksperiments
Lai pārbaudītu termisko līdzsvaru starp diviem ķermeņiem, mēs varam veikt vairākus eksperimentus. Vienkāršākais no tiem tomēr ir a kalorimetrs tas ir termometrs. Kalorimetrs ir adiabātisks trauks (kas neļauj siltumam pāriet), ar siltuma jaudu parniecīgs, piemēram, pods, kas izklāts, piemēram, ar putupolistirolu, kas ir labs siltumizolators.
Kalorimetru izmanto, lai izmērītu sistēmas temperatūras svārstības iekšpusē.
Termiskais līdzsvars un dzīvība uz Zemes
O līdzsvarstermiskā tam ir būtiska loma sauszemes dzīvē. Bez siltumnīcefekta gāzu klātbūtnes Zemes atmosfērā lielākā daļa termiskais starojums planētas atstātu to, izplatoties kosmosā. Laika gaitā tas izraisīs milzīgu atdzišanu visā planētā, izraisot okeānu laika gaitā sasalšanu.
Turklāt okeāniem ir galvenā loma līdzsvarstermiskā planētas. Pateicoties tā lieliskajam makaroni un karstumsspecifisks, okeāni ir apveltīti ar milzīgu jaudutermiskā, tas ir, viņiem ir jāsaņem milzīgs daudzums siltuma, lai mainītu temperatūru. Šī iemesla dēļ viņi spēj ļoti efektīvi regulēt planētas temperatūru. Reģioni, kas atrodas tālu no okeāniem un kuros ir maz ūdens, parasti ir lieli termiskie diapazoni, tāpat kā tuksnešu gadījumā, kas dienā ir ārkārtīgi karsti un naktī sasalst.
Tāpēc līdzsvarstermiskā tas ir fundamentāli svarīgs process fizisko, ķīmisko un bioloģisko procesu uzturēšanai uz planētas un tāpēc būtisks dzīvības pastāvēšanai uz Zemes.
Autors: Rafaels Helerbroks
