Równowaga termiczna, zwana także równowagą termodynamiczną, ma miejsce, gdy dwa ciała lub substancje osiągają ta sama temperatura.
Ta koncepcja termodynamiki jest związana ze spontanicznym przenoszeniem ciepła (energią cieplną), które zachodzi między dwoma stykającymi się ciałami.
W tym procesie cieplejszy korpus przenosi ciepło do chłodniejszego korpusu, aż oba osiągną tę samą temperaturę.
schemat wymiany ciepła
Wymiana energii pomiędzy dwoma ciałami (energia cieplna) powoduje utratę energii cieplnej z ciała cieplejszego i pozyskiwanie energii z ciała chłodniejszego.
Przykład
Jako przykład możemy wymienić mieszankę gorącej kawy z zimnym mlekiem. Chociaż mają różne temperatury początkowe, w krótkim czasie najgorętsze ciało (kawa) przekazuje energię cieplną najzimniejszemu (mleko). W ten sposób mieszanina staje się ciepła w wyniku równowagi termicznej.
Zakładając, że kawa miała temperaturę 50°C, a mleko 20°C, równowaga termiczna jest osiągana, gdy oba mają temperaturę 35°C.
rozprzestrzenianie się ciepła
Należy zauważyć, że ciepło jest wymianą energii, a jego przekazywanie może odbywać się na trzy sposoby:
- przewodnictwo cieplne: wzrost energii kinetycznej;
- konwekcja cieplna: tworzenie prądów konwekcyjnych;
- promieniowanie cieplne: za pomocą fal elektromagnetycznych.
Rodzaje propagacji ciepła
Czytaj więcej: rozprzestrzenianie się ciepła.
Formuła
Do obliczenia bilansu cieplnego stosuje się następujący wzór:
Q1 + Q2 + Q3... = 0 lub ΣQ=0
Istota,
Q: ilość ciepła (temperatura ciała)
Tak więc wiemy, że suma wszystkich energii cieplnych wynosi zero.
O ciepło jawne wiąże się to ze zmianą temperatury ciał. Oblicza się go według następującego wzoru:
Q = m. do. Δθ
Gdzie,
Q: ilość ciepła jawnego (wapno lub J)
m: masa ciała (g lub kg)
do: ciepło właściwe substancji (cal/g°C lub J/Kg°C)
Δθ: zmiana temperatury (°C lub K)
Przeczytaj także oKalorymetriaiCiepło i temperatura.
Ćwiczenia na egzamin wstępny z informacją zwrotną
1. (Mackenzie) Gdy zmieszamy 1,0 kg wody (wrażliwe ciepło właściwe = 1,0 cal/g°C) o temperaturze 70°C z 2,0 kg wody o temperaturze 10°C, otrzymamy 3,0 kg wody o temperaturze:
a) 10°C
b) 20°C
c) 30°C
d) 40°C
e) 50°C
Alternatywa c) 30°C
2. (UFP-RS) Rozważ następujące stwierdzenia:
JA. Kiedy dwa ciała są w równowadze termicznej, oba mają taką samą ilość ciepła.
II. Kiedy dwa ciała są w równowadze termicznej, oba mają tę samą temperaturę.
III. Ciepło to przenoszenie temperatury z jednego ciała na drugie.
IV. Ciepło jest formą energii w drodze.
Z powyższych stwierdzeń można powiedzieć, że:
a) I, II, III i IV są poprawne
b) I, II, III są poprawne
c) I, II i IV są poprawne
d) II i IV są poprawne
e) II i III są poprawne
Alternatywa d) II i IV są poprawne
3. (FATEC-SP) Układ A jest w równowadze termicznej z innym B, a ten nie jest w równowadze termicznej z innym C. Możemy więc powiedzieć, że:
a) systemy A i C mają taką samą ilość ciepła.
b) temperatura A różni się od temperatury B.
c) systemy A i B mają tę samą temperaturę.
d) temperatura B różni się od temperatury C, ale C może mieć taką samą temperaturę jak w systemie A.
e) żadne z powyższych.
Alternatywa c) systemy A i B mają tę samą temperaturę.
4. (UFV-MG) Gdy dwa ciała z różnych materiałów znajdują się w równowadze termicznej, odizolowane od otoczenia, można powiedzieć, że:
a) najgorętszy to ten o najmniejszej masie.
b) pomimo kontaktu ich temperatury nie zmieniają się.
c) najgorętszy zapewnia ciepło najzimniejszemu.
d) najzimniejszy zapewnia ciepło najgorętszemu
e) ich temperatury zależą od ich gęstości.
Alternatywa b) pomimo kontaktu ich temperatury nie zmieniają się.
5. (UFScar-SP) Dwa ciała A i B o masach mTEN wb, są początkowo w temperaturach tTEN a tyb, odpowiednio, z tTEN tb. W danym momencie zostają doprowadzone do kontaktu termicznego. Po osiągnięciu równowagi termicznej będziemy mieli:
a) t’a > t’b’
b) t’a c) t’a = t’b
d) b.d.
Alternatywa c) t’a = t’b
Zobacz także definicjęRównowaga w fizyce.
