Toplotno ravnovesje se zgodi, ko dve telesi - sprva pri različnih temperaturah - pridejo v stik in po postopku prenosa toplote, doseči enako temperaturo.
Toplota, ki jo v fiziki imenujejo toplotna energija, se vedno prenese iz najbolj vročega telesa v najhladnejše telo in ko telesa dosežejo enako temperaturo, se toplotni tok med njima ustavi.
Če ni izmenjave toplote z okoljem, je količina toplote, ki jo eno telo izgubi, enaka količini toplote, ki jo absorbira drugo.
Slika: ilustracija dveh teles v toplotnem ravnovesju po stiku.
Enako se lahko zgodi s telesom, katerega deli so pri različnih temperaturah. Ko celo telo doseže enako temperaturo, bo v toplotnem ravnovesju.
Vročina
V vsakdanjem jeziku je beseda toplota povezana z občutkom v našem telesu, ko je temperatura visoka. V fiziki je pomen toplote drugačen. V tem primeru je toplota toplotna energija v gibanju.
Tela so sestavljena iz delcev, toplota pa je določena s stopnjo vznemirjenosti teh delcev. To pomeni, da večje je vznemirjenost njegovih molekul, večja je toplotna energija ali toplota.
Toplota se meri v džul (J) ali kalorija (apno). Kalorija je količina energije, potrebna za dvig 1 g vode za 1 ° C. Razmerje med temi merskimi enotami je: 1 kal = 4,186 j.
Kako pride do toplotnega ravnovesja?
Ko sta dve telesi pri različnih temperaturah, imajo njuni molekuli različno stopnjo vznemirjenosti. Molekule telesa z višjo temperaturo so bolj vznemirjene in nižje temperature.
Ko pridejo v stik, bo telo z najvišjo temperaturo toplotno energijo preneslo na drugo, dokler oba ne dosežeta enake temperature, kar se imenuje toplotno ravnovesje. Za lažje oglejmo si primer:
Za izdelavo želatine morate prašek zmešati v vreli vodi in nato dati enako količino vode pri sobni temperaturi. Voda s temperaturo 100 ° C bo prišla v stik z vodo sobne temperature in bo prenašala toploto, dokler vsa tekočina v posodi ne bo imela enake temperature.
Če ne bi prišlo do izmenjave toplote z okoljem, bi bila končna temperatura natanko povprečje obeh temperatur. Glej primer:
Voda pri 100 ° C + voda pri 25 ° C = 125 ° C
Ta vrednost, deljena z 2, bi bila enaka 62,5 °. Ker pa mešanica izgublja energijo do okolja, bo ta temperatura v praksi nekoliko nižja.
termometer
Ko moramo izmeriti telesno temperaturo, uporabimo termometer. Ta naprava nam sporoča temperaturo s termodinamičnim ravnovesjem med telesom in termometrom.
Ko termometer doseže enako temperaturo kot naše telo, preneha oddajati toploto in v nekaterih primerih piska, da vas obvesti, da se je pretok ustavil. In tako vemo, ali imamo vročino ali ne.
vedeti več o Specifična toplota in temperatura.
Načini prenosa toplote
Energijo v obliki toplote lahko iz enega telesa v drugo prenašamo na tri načine: prevodnost, konvekcija in sevanje.
Vožnja
Prevajanje se zgodi, ko se energija prenese iz molekule v molekulo. Molekule z večjim vznemirjenjem pridejo v stik z molekulami z manj vznemirjenosti in povečajo njihovo hitrost gibanja.
Če na enem koncu držite kovinsko žlico in se drugega dotaknete ognja, lahko v nekaj trenutkih opečete roko. To je zato, ker molekule, ki jih meša ogenj, povzročijo, da se druge molekule mešajo, kar vsem jedilnim priborom prinaša toplotno energijo - kar poveča njegovo temperaturo.
Konvekcija
Do konvekcije pride pri plinastih ali tekočih snoveh, ki toploto prenašajo skozi tokove. krožne oblike, ki nastanejo zaradi razlike v gostoti vročih in hladnih delov a snov.
To je primer grelne vode v loncu. Del vode, ki je najbližji ognju, se bo najprej segrel, saj je gostota vroče vode nižja, to se bo dvignil v ponvi in najhladnejši del vode se bo spustil in tako ustvaril krožni tok konvekcija.
Obsevanje
Pri obsevanju ni nujno, da med telesi pride do stika, da se energija širi, kot pri prevodnosti ali konvekciji. V tem primeru se toplotna energija širi iz enega telesa v drugo z elektromagnetnimi valovi. Telo, ki sprejema toploto, imenujemo sprejemnik, tisto, ki oddaja, pa oddajnik.
Tako sonce ogreje planet Zemljo. Kot vemo, je sonce zelo daleč od Zemlje, torej ni stika. Toplota, ki doseže Zemljo in zagotavlja življenje na planetu, se prenaša s sevanjem prek elektromagnetnih valov.
Glej tudi pomen toplota in Termalna energija.
