Echilibrutermic este starea în care un corp se găsește în la feltemperatura decât împrejurimile lor. Se observă că toate corpurile care sunt la temperaturi mai ridicate decât vecinii lor tind să le dea căldură spontan până când ambii încep să prezinte aceeași temperatură.
Uitede asemenea:Bazele termologiei
Echilibrul termic și legea zero a termodinamicii
Echilibrul termic este conceptul central din spatele legii zero a termodinamicii. O astfel de lege stabilește că, în cazul în care două sisteme termodinamice, THE și B, sunt în echilibru termic cu un al treilea sistem termodinamic, Ç, atunci, THE și B vor fi, de asemenea, în echilibru termic.
În echilibru termic, temperaturile finale ale fiecărui corp trebuie să fie egale: TTHE = TB = TÇ
Verificați ce stabilește afirmația legii zero a termodinamicii:
“Dacă două corpuri sunt în echilibru termic cu un al treilea corp, atunci acele corpuri vor fi în echilibru termic unul cu celălalt. ”
O altă modalitate de a înțelege echilibrul termic se bazează pe energia internă a corpurilor. Energia internă, sau pur și simplu energia termică, este o cantitate fizică
directproporţional à temperatura a corpului. Prin urmare, dacă există corpuri cu temperaturi diferite în cadrul aceluiași sistem termodinamic, acestea vor avea module diferite de energie internă și, prin urmare, va transfera o parte din acea energie între ele până când nu există nicio diferență între energiile lor. intern. Vrei să afli mai multe despre ce este energia internă și care sunt proprietățile acesteia? Accesați articolul: Energie interna.echilibrul termic și termic
Transferul de căldură are loc întotdeauna spontan, de la corpul cu cea mai mare temperatură la corpul cu cea mai scăzută temperatură. Acest transfer de energie sub formă de căldură poate avea loc prin procese precum conducere, convecție și radiații.
Conducere: Transferul de căldură între corpuri are loc în special în solide. În acest tip de conducere, nu au loc transferuri de masă. Acest tip de transfer de căldură explică modul în care apare echilibrul termic în metale, de exemplu.
Convecție: Este un transfer de căldură care are loc în fluide. În acest mod de transfer de căldură, există transfer de masă, pe măsură ce fluidul încălzit se mișcă, formând curenți de convecție până când tot fluidul atinge echilibrul termic.
Radiații: Este transmiterea căldurii prin unde electromagnetice, deci acest proces are loc chiar dacă nu există mediu fizic între corp și alt corp la temperaturi diferite. Căldura care este transferată, în acest caz, este echivalentul undelor electromagnetice cu mai puțină energie decât lumina vizibilă, fiind astfel radiație termică, situată în regiunea infraroşu.
Cele două lichide din figură își transferă căldura reciproc până când temperaturile lor sunt egale.
Doriți să aflați mai multe despre modul în care are loc fiecare proces de transfer de căldură? Accesați articolul: Procese de propagare a căldurii.
căldură sensibilă
atunci când există diferențăîntemperatura între două corpuri sau între un corp și împrejurimile sale, va exista schimb de căldură între ele în mod spontan, astfel încât corpul cu temperatură mai mare se răcește și corpurile cu temperatură mai mică se încălzesc până când toate ating temperatura în echilibrutermic.
Se numește cantitatea de căldură care se schimbă între corpuri la temperaturi diferite căldură sensibilă iar această sumă poate fi calculată din formula prezentată în figura de mai jos:
Î - căldură (var sau J)
m - masa (g sau kg)
ç - căldură specifică (cal / gºC sau J / kg. K)
ΔT - variația temperaturii (° C sau K)
În formula prezentată mai sus, este important să evidențiem măreția numelui căldura specifică. o astfel de amploare măsoară cantitatea de energie pe masă pe care o substanță trebuie să o producă sau să o absoarbă, pentru ca temperatura ei să varieze cu 1 ° C. În cazul apei pure, de exemplu, și în condiții normale de presiune, pentru a-și varia temperatura cu 1 ° C, este necesară 1,0 calorie pentru fiecare gram de apă.
Astfel, toate substanțele care au stabilit contact termic între ele tind să ajungă la starea de echilibrutermic în timp spontan însă, unele necesită o cantitate mai mare de energie pentru a face acest lucru și acest lucru afectează direct temperatura pentru a ajunge la echilibrul termic.
cititde asemenea:Ce este temperatura?
căldură latentă
Este posibil ca în timpul schimburilor de căldură cu împrejurimile sale, un corp să prezinte presiune, temperatură și volum care îl determină să sufere o modificare a stării sale fizice. Aceste schimbări au loc în temperaturaconstant (pentru corpurile compuse dintr-o singură substanță, fără impurități), adică, în ciuda faptului că primesc sau dau căldură mediului extern, temperatura acestor corpuri nu se modifică.
Acest lucru este posibil doar deoarece toată energia schimbată, în acest caz, este utilizată pentru a schimba conformația moleculelor voastre. Din momentul în care bariera energetică este „depășită” și tot conținutul corpului se află într-o altă stare fizică, Corpul continuă să facă schimb de căldură cu împrejurimile sale, cu excepția cazului în care, desigur, temperatura sa este egală cu temperatura din exterior.
O căldură latentă poate fi calculat din formula prezentată în figura de mai jos, verificați-o:
Î - căldură latentă (var sau J)
m - masa (g sau kg)
L - căldură latentă specifică (cal / g sau J / kg)
Formula de echilibru termic
În cazul în care dorim să aflăm ce este temperaturaînechilibru a unui sistem termodinamic, este necesar să considerăm sistemul în cauză ca fiind un sistemizolat, adică trebuie să presupunem că nu se schimbă nicio cantitate de căldură cu vecinătățile acestui sistem.
Din această condiție, putem spune că întreaga cantitate de căldură schimbată este schimbată numai între corpurile care alcătuiesc acest sistem, ignorând pierderile de căldură pentru pereții containerului, de exemplu. În acest caz, spunem că containerul are capacitate termică neglijabil, adică nu absoarbe nicio căldură.
Imaginați-vă următoarea situație: într-o ceașcă de ceai fierbinte, cu o capacitate de căldură neglijabilă, turnați niște cuburi de gheață. Pentru a determina temperatura de echilibru termic, pe lângă cunoașterea condițiilor inițiale ale sistemului, trebuie să facem câteva considerații:
Toată cantitatea de căldură pe care ceaiul fierbinte o dă gheaței va fi complet absorbită de aceasta, deoarece ceașca are o capacitate de căldură neglijabilă.
Trebuie să ignorăm pierderile de căldură din aer și din orice alt mediu, astfel încât această ceașcă de ceai să poată fi înțeleasă ca un sistem termodinamic închis.
În acest fel, putem stabili că întreaga cantitate de căldură primită de gheață a fost abandonată de ceaiul fierbinte, cu aceasta am scris formula noastră pentru calcularea echilibrului termic:
ÎR - Căldură primită
ÎÇ - căldură dată în
Căldura dată în (QÇ), se referă la cantitatea de căldură pe care ceaiul fierbinte l-a transferat cuburilor de gheață introduse în el. Deja căldura primită (QR) este cantitatea de căldură primită de aceste cuburi de gheață. Această cantitate de căldură va avea două naturi: căldură sensibil si fierbinte latent, deoarece, pentru a intra în echilibru termic, cuburile de gheață se vor topi probabil.
Determinarea temperaturii de echilibru termic
Să determinăm temperatura de echilibru termic din următoarea situație:
O ceașcă, cu capacitate termică neglijabilă, care conține 200 ml (200g) de ceai la o temperatură inițială de 70 ° C, primește 10g de gheață la o temperatură de -10 ° C. Determinați temperatura de echilibru termic a sistemului (presupuneți că căldura specifică a ceaiului este egală cu căldura specifică a apei):
Date:
çAPĂ = 1,0 cal / g ° C
çGHEAŢĂ = 0,5 cal / g ° C
LGHEAŢĂ = 80 cal / g
În primul rând, considerăm că toată căldura primită de gheață a fost dată de ceai:
Apoi, este necesar să detaliați ce forme de căldură au fost date și primite:
Ceai: Ceaiul a dat doar căldură sensibilă (Qs), deoarece starea sa fizică nu s-a schimbat.
Gheaţă: Gheața a fost inițial la -10 ° C, deci a primit căldură sensibilă (Qs) până la o temperatură de 0 ºC, apoi a primit căldură latentă (QL) a lichefia. După ce a devenit lichid, a primit căldură latentă (Qs) până intră în echilibru termic (TF) cu ceai.
Traducând ceea ce a fost analizat mai sus sub forma unei ecuații, vom avea următorul calcul de rezolvat:
Înlocuind datele furnizate de exercițiu în ecuația găsită mai sus, va trebui să rezolvăm următorul calcul:
Conform calculului efectuat mai sus, temperatura de echilibru a sistemului ceai + gheață ar trebui să fie de aproximativ 70,4 ° C.
Experiment de echilibrare termică
Pentru a testa echilibrul termic dintre două corpuri, putem efectua mai multe experimente. Cea mai simplă dintre acestea, cu toate acestea, implică utilizarea unui calorimetru este un termometru. Calorimetrul este un recipient adiabatic (care nu permite trecerea căldurii), cu capacitate termică despreneglijabil, ca o oală căptușită cu polistiren, de exemplu, care este un bun izolator termic.
Calorimetrul este utilizat pentru a măsura variația de temperatură a sistemului din interior.
Echilibrul termic și viața pe Pământ
O echilibrutermic joacă un rol fundamental în viața terestră. Fără prezența gazelor cu efect de seră în atmosfera Pământului, majoritatea Radiație termala a planetei ar părăsi-o, propagându-se în spațiu. În timp, acest lucru ar provoca o răcire masivă pe planetă, provocând înghețarea oceanelor în timp.
În plus, oceanele joacă un rol cheie în echilibrutermic a planetei. În virtutea marelui său Paste și căldurăspecific, oceanele sunt înzestrate cu un imens capacitatetermic, adică trebuie să primească cantități uriașe de căldură pentru a-și schimba temperatura. Din acest motiv, sunt capabili să regleze temperatura planetei foarte eficient. Regiunile îndepărtate de oceane și cu puțină apă tind să aibă dimensiuni mari domeniile termice, ca în cazul deșerturilor, care sunt extrem de fierbinți ziua și înghețează noaptea.
De aceea echilibrutermic este un proces de o importanță fundamentală pentru menținerea proceselor fizice, chimice și biologice de pe planetă și, prin urmare, esențial pentru existența vieții pe Pământ.
De mine. Rafael Helerbrock
Sursă: Școala din Brazilia - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/equilibrio-termico.htm