Saldotermiczny to stan, w którym ciało znajduje się w podobnietemperatura niż ich otoczenie. Zaobserwowano, że wszystkie ciała, które mają wyższą temperaturę niż ich sąsiedzi, mają tendencję do spontanicznego nagrzewania się, aż oba zaczną wykazywać tę samą temperaturę.
Popatrzrównież:Podstawy termologii
Równowaga termiczna i zerowa zasada termodynamiki
Równowaga termiczna jest centralną koncepcją stojącą za zerową zasadą termodynamiki. Takie prawo stanowi, że w przypadku, gdy dwa układy termodynamiczne, TEN i b, są w równowadze termicznej z trzecim układem termodynamicznym, DO, następnie, TEN i b będą również w równowadze termicznej.
W równowadze termicznej końcowe temperatury każdego ciała muszą być równe: TTEN = Tb = TDO
Sprawdź, co ustala stwierdzenie zerowej zasady termodynamiki:
“Jeśli dwa ciała są w równowadze termicznej z trzecim ciałem, to te ciała będą ze sobą w równowadze termicznej.”
Inny sposób zrozumienia równowagi termicznej opiera się na energii wewnętrznej ciał. Energia wewnętrzna, czyli po prostu energia cieplna, jest wielkością fizyczną
bezpośrednioproporcjonalny à temperatura cielesny. Dlatego też, jeśli w tym samym układzie termodynamicznym istnieją ciała o różnych temperaturach, będą miały różne moduły energię wewnętrzną i dlatego przekażą część tej energii między sobą, aż nie będzie różnicy między ich energiami. wewnętrzny. Chcesz wiedzieć więcej o tym, czym jest energia wewnętrzna i jakie są jej właściwości? Uzyskaj dostęp do artykułu: Energia wewnętrzna.bilans cieplny i cieplny
Przenikanie ciepła następuje zawsze spontanicznie, z ciała o najwyższej temperaturze do ciała o najniższej temperaturze. Ten transfer energii w postaci ciepła może zachodzić w procesach takich jak: napędowy, konwekcja i promieniowanie.
Napędowy: To właśnie przenoszenie ciepła między ciałami zachodzi zwłaszcza w ciałach stałych. W tego typu przewodzeniu nie występują transfery masy. Ten rodzaj wymiany ciepła wyjaśnia na przykład, w jaki sposób w metalach zachodzi równowaga termiczna.
Konwekcja: Jest to wymiana ciepła, która zachodzi w płynach. W tym trybie wymiany ciepła zachodzi wymiana masy, gdy ogrzany płyn porusza się, tworząc prądy konwekcyjne, aż cały płyn osiągnie równowagę termiczną.
Promieniowanie: Jest to przekazywanie ciepła przez fale elektromagnetyczne, więc proces ten zachodzi nawet wtedy, gdy między ciałem a innym ciałem o różnych temperaturach nie ma fizycznego medium. Przenoszone ciepło jest w tym przypadku odpowiednikiem fal elektromagnetycznych o energii mniejszej niż światło widzialne, a więc promieniowanie cieplne, zlokalizowane w obszarze podczerwień.
Dwie ciecze na rysunku przekazują sobie ciepło, dopóki ich temperatury nie zrównają się.
Chcesz dowiedzieć się więcej o tym, jak przebiega każdy z procesów wymiany ciepła? Uzyskaj dostęp do artykułu: Procesy propagacji ciepła.
ciepło jawne
kiedy jest różnicawtemperatura między dwoma ciałami lub między ciałem a jego otoczeniem nastąpi spontaniczna wymiana ciepła między nimi, tak że ciało o wyższej temperaturze ochładza się, a ciała o niższej temperaturze nagrzewają się, aż wszystkie osiągną temperaturę; w saldotermiczny.
Ilość ciepła, która jest wymieniana między ciałami w różnych temperaturach, nazywa się ciepło jawne a tę kwotę można obliczyć ze wzoru pokazanego na poniższym rysunku:
Q – ciepło (limonka lub J)
mi – masa (g lub kg)
do - ciepło właściwe (cal/gºC lub J/kg. K)
T – wahania temperatury (°C lub K)
W powyższym wzorze ważne jest podkreślenie wielkości nazwy ciepło właściwe. taka wielkość mierzy ilość energii na masę, którą substancja musi wytworzyć lub wchłonąć, aby jej temperatura zmieniała się o 1°C. Na przykład w przypadku czystej wody iw normalnych warunkach ciśnieniowych, aby zmienić jej temperaturę o 1ºC, potrzeba 1,0 kalorii na każdy gram wody.
W ten sposób wszystkie substancje, które nawiązały ze sobą kontakt termiczny, mają tendencję do osiągania stanu saldotermiczny z biegiem czasu jednak niektóre wymagają do tego większej ilości energii, co bezpośrednio wpływa na temperaturę, aby osiągnąć równowagę termiczną.
czytaćrównież:Czym jest temperatura?
Ciepło
Możliwe, że podczas wymiany ciepła z otoczeniem ciało wykazuje ciśnienie, temperaturę i objętość, które powodują zmianę jego stanu fizycznego. Zmiany te zachodzą w temperaturastały (dla ciał składających się z jednej substancji, bez zanieczyszczeń), czyli pomimo odbierania lub oddawania ciepła do środowiska zewnętrznego, temperatura tych ciał nie zmienia się.
Jest to możliwe tylko dlatego, że cała wymieniona energia, w tym przypadku, jest wykorzystywana do zmiany konformacji twoich cząsteczek. Od momentu „przezwyciężenia” bariery energetycznej, gdy cała zawartość ciała znajduje się w innym stanie fizycznym, Ciało nadal wymienia ciepło z otoczeniem, o ile oczywiście jego temperatura nie jest równa temperaturze na zewnątrz.
O Ciepło można obliczyć ze wzoru pokazanego na poniższym rysunku, sprawdź to:
Q – ciepło utajone (wapno lub J)
mi – masa (g lub kg)
L – ciepło właściwe utajone (cal/g lub J/kg)
Formuła równowagi termicznej
Na wypadek, gdybyśmy chcieli dowiedzieć się, co to jest temperaturawsaldo jakiegoś układu termodynamicznego, konieczne jest, abyśmy rozważali dany układ jako a systemodosobniony, to znaczy musimy założyć, że żadna ilość ciepła nie jest wymieniana z sąsiedztwami tego systemu.
Z tego warunku możemy powiedzieć, że cała ilość wymienianego ciepła jest wymieniana tylko między ciałami tworzącymi ten system, pomijając straty ciepła na przykład na ścianki kontenera. W tym przypadku mówimy, że pojemnik ma pojemność cieplna znikome, tzn. nie pochłania ciepła.
Wyobraź sobie następującą sytuację: w filiżance gorącej herbaty o znikomej pojemności cieplnej wlej kilka kostek lodu. Aby określić temperaturę równowagi termicznej, oprócz znajomości warunków początkowych układu, musimy poczynić pewne rozważania:
Cała ilość ciepła, jaką gorąca herbata oddaje do lodu, zostanie przez niego w pełni pochłonięta, ponieważ filiżanka ma znikomą pojemność cieplną.
Musimy pominąć straty ciepła do powietrza i jakiegokolwiek innego otoczenia, aby tę filiżankę herbaty można było rozumieć jako zamknięty układ termodynamiczny.
W ten sposób możemy ustalić, że cała ilość ciepła odebranego przez lód została oddana przez gorącą herbatę, po czym napisaliśmy nasz wzór na obliczenie bilansu cieplnego:
QR – Otrzymane ciepło
QDO – ciepło podane w
Ciepło podane w (QDO) odnosi się do ilości ciepła, jaką gorąca herbata przeniosła na umieszczone w niej kostki lodu. Już otrzymane ciepło (QR) to ilość ciepła odebranego przez te kostki lodu. Ta ilość ciepła będzie miała dwie natury: ciepło wrażliwy i gorący utajony, ponieważ, aby wejść w równowagę termiczną, kostki lodu prawdopodobnie się stopią.
Wyznaczanie temperatury równowagi termicznej
Wyznaczmy temperaturę równowagi termicznej z następującej sytuacji:
Kubek o znikomej pojemności termicznej, który zawiera 200 ml (200g) herbaty o temperaturze początkowej 70°C, otrzymuje 10g lodu o temperaturze -10°C. Określ temperaturę równowagi termicznej układu (załóżmy, że ciepło właściwe herbaty jest równe ciepłu właściwemu wody):
Dane:
doWODA = 1,0 cal/g°C
doLÓD = 0,5 cal/g°C
LLÓD = 80 kcal/g
Po pierwsze uważamy, że całe ciepło otrzymane przez lód zostało oddane przez herbatę:
Następnie należy uszczegółowić, jakie formy ciepła zostały oddane i odebrane:
Herbata: Herbata dawała tylko ciepło odczuwalne (Qs), ponieważ jego stan fizyczny się nie zmienił.
lód: Lód miał początkowo temperaturę -10°C, więc otrzymał ciepło jawne (Qs) do temperatury 0 ºC, a następnie odebrano ciepło utajone (QL) do upłynnienia. Po stanie płynnym otrzymywał ciepło utajone (Qs), aż wejdzie w stan równowagi termicznej (Tfa) z herbatą.
Przekładając to, co zostało przeanalizowane powyżej w postaci równania, będziemy mieli do rozwiązania następujące obliczenia:
Zastępując dane dostarczone przez ćwiczenie w powyższym równaniu, będziemy musieli rozwiązać następujące obliczenie:
Zgodnie z powyższymi obliczeniami, temperatura równowagi układu herbata+lód powinna wynosić około 70,4°C.
Eksperyment z bilansem cieplnym
Aby przetestować równowagę cieplną między dwoma ciałami, możemy wykonać kilka eksperymentów. Najprostszy z nich obejmuje jednak użycie a of kalorymetr to jest termometr. Kalorymetr to zbiornik adiabatyczny (nie przepuszczający ciepła), o pojemności cieplnej thermal onieistotny, jak np. garnek wyłożony styropianem, który jest dobrym izolatorem termicznym.
Kalorymetr służy do pomiaru zmian temperatury wewnątrz systemu.
Bilans cieplny i życie na Ziemi
O saldotermiczny odgrywa fundamentalną rolę w życiu na Ziemi. Bez obecności gazów cieplarnianych w atmosferze ziemskiej większość promieniowanie cieplne planety opuści go i rozprzestrzeni się w kosmos. Z biegiem czasu spowodowałoby to ogromne ochłodzenie na całej planecie, powodując z czasem zamarznięcie oceanów.
Ponadto oceany odgrywają kluczową rolę w saldotermiczny planety. Z racji jego świetnej makaron i ciepłokonkretny, oceany są obdarzone ogromnym Pojemnośćtermiczny, oznacza to, że muszą otrzymywać ogromne ilości ciepła, aby zmienić swoją temperaturę. Z tego powodu są w stanie bardzo skutecznie regulować temperaturę planety. Regiony oddalone od oceanów i z małą ilością wody mają zwykle duże rozmiary zakresy termiczne, podobnie jak w przypadku pustyń, które w ciągu dnia są wyjątkowo gorące, a nocą mroźne.
Dlatego też saldotermiczny jest to proces o fundamentalnym znaczeniu dla utrzymania fizycznych, chemicznych i biologicznych procesów na planecie, a zatem niezbędny dla istnienia życia na Ziemi.
Przeze mnie Rafael Helerbrock
Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/equilibrio-termico.htm
