Równowaga termiczna ma miejsce, gdy dwa ciała - początkowo w różnych temperaturach - wchodzą w kontakt i po procesie wymiany ciepła, osiągnąć tę samą temperaturę.
Ciepło, nazwa nadana energii cieplnej w fizyce, jest zawsze przenoszona z najgorętszego ciała do najzimniejszego ciała, a gdy ciała osiągną tę samą temperaturę, przepływ ciepła między nimi zostaje wstrzymany.
Jeśli nie ma wymiany ciepła z otoczeniem, ilość ciepła traconego przez jedno ciało jest równa ilości ciepła pochłoniętego przez drugie.
Zdjęcie: ilustracja dwóch ciał w równowadze termicznej po kontakcie.
To samo może się zdarzyć z ciałem, którego części mają różne temperatury. Gdy całe ciało osiągnie tę samą temperaturę, będzie w równowadze termicznej.
Ciepło
W języku potocznym słowo ciepło odnosi się do odczuć w naszym ciele, gdy temperatura jest wysoka. W fizyce znaczenie ciepła jest inne. Ciepło w tym przypadku to energia cieplna w ruchu.
Ciała składają się z cząstek, a ciepło zależy od stopnia poruszenia tych cząstek. Oznacza to, że im większe poruszenie jego cząsteczek, tym większa energia cieplna, czyli ciepło.
Ciepło jest mierzone w dżul (J) lub kaloria (limonka). Kaloria to ilość energii potrzebna do podniesienia się o 1°C, 1g wody. Związek między tymi jednostkami miary to: 1 cal = 4,186 j.
Jak zachodzi równowaga termiczna?
Kiedy dwa ciała mają różne temperatury, ich cząsteczki są w różnym stopniu wzburzone. Cząsteczki ciała o wyższej temperaturze są bardziej wzburzone, a o niższej temperaturze mniej wzburzone.
Kiedy wejdą w kontakt, ciało o najwyższej temperaturze przekaże energię cieplną drugiemu, dopóki oba nie osiągną tej samej temperatury, co nazywa się równowagą termiczną. Dla ułatwienia rozważmy przykład:
Aby zrobić żelatynę należy wymieszać proszek we wrzącej wodzie, a następnie taką samą ilość wody włożyć do temperatury pokojowej. Woda o temperaturze 100°C wejdzie w kontakt z wodą o temperaturze pokojowej i będzie przenosić ciepło, aż cała ciecz w pojemniku będzie miała tę samą temperaturę.
Gdyby nie było wymiany ciepła z otoczeniem, końcowa temperatura byłaby dokładnie średnią z dwóch temperatur. Zobacz przykład:
Woda w 100°C + Woda w 25°C = 125°C
Ta wartość podzielona przez 2 będzie równa 62,5°. Ponieważ jednak mieszanina traci energię do otoczenia, temperatura ta w praktyce będzie nieco niższa.
termometr
Kiedy potrzebujemy zmierzyć temperaturę ciała, używamy termometru. To urządzenie podaje nam temperaturę z równowagą termodynamiczną między ciałem a termometrem.
Kiedy termometr osiągnie taką samą temperaturę jak nasze ciało, przestaje przekazywać ciepło, a w niektórych przypadkach emituje sygnał dźwiękowy, aby poinformować, że przepływ ustał. Dzięki temu wiemy, czy mamy gorączkę, czy nie.
dowiedz się więcej o ciepło właściwe i temperatura.
Sposoby przekazywania ciepła
Energia w postaci ciepła może być przekazywana z jednego ciała do drugiego na trzy sposoby: przewodzenie, konwekcja i promieniowanie.
Napędowy
Przewodzenie ma miejsce, gdy energia jest przenoszona z cząsteczki na cząsteczkę. Cząsteczki o większym pobudzeniu wchodzą w kontakt z cząsteczkami o mniejszym pobudzeniu i zwiększają szybkość ich ruchu.
Jeśli z jednej strony przytrzymasz metalową łyżkę, a drugim dotkniesz ognia, możesz w kilka chwil spalić dłoń. Dzieje się tak, ponieważ molekuły poruszane przez ogień powodują poruszenie innych molekuł, dostarczając energię cieplną do wszystkich sztućców - zwiększając ich temperaturę.
Konwekcja
Konwekcja zachodzi z substancjami gazowymi lub ciekłymi, które przenoszą ciepło przez prądy. okrągłe kształty, które tworzą się ze względu na różnicę gęstości gorących i zimnych części a substancja.
Tak jest w przypadku podgrzewania wody w garnku. Ta część wody, która jest najbliżej ognia, nagrzeje się jako pierwsza, ponieważ gęstość gorącej wody jest mniejsza, to podniesie się na patelni, a najzimniejsza część wody opadnie, tworząc w ten sposób okrężny prąd konwekcja.
Naświetlanie
W napromieniowaniu nie jest konieczny kontakt między ciałami, aby energia się rozchodziła, jak ma to miejsce w przypadku przewodzenia lub konwekcji. W tym przypadku energia cieplna jest przenoszona z jednego ciała do drugiego za pomocą fal elektromagnetycznych. Ciało odbierające ciepło nazywa się odbiornikiem, a to, które emituje, nazywa się emiterem.
W ten sposób słońce ogrzewa planetę Ziemię. Jak wiemy, słońce jest bardzo daleko od Ziemi, to znaczy nie ma kontaktu. Ciepło, które dociera do Ziemi i gwarantuje życie na planecie, jest przekazywane przez promieniowanie, za pośrednictwem fal elektromagnetycznych.
Zobacz także znaczenie ciepło i Energia cieplna.
