Ravnovesjetoplotno je stanje, v katerem se telo znajde v enakotemperatura kot njihova okolica. Opaženo je, da jih vsa telesa, ki imajo višje temperature od sosedov, običajno spontano ogrevajo, dokler oba ne začneta predstavljati enake temperature.
Poglejtudi:Osnove termologije
Toplotno ravnovesje in ničelni zakon termodinamike
Toplotno ravnovesje je osrednji koncept ničelnega zakona termodinamike. Tak zakon določa, da v primeru, ko gre za dva termodinamična sistema, THE in B, so v toplotnem ravnovesju s tretjim termodinamičnim sistemom, Ç, potem, THE in B tudi v toplotnem ravnovesju bodo.
V toplotnem ravnovesju morajo biti končne temperature vsakega telesa enake: TTHE = TB = TÇ
Preverite, kaj določa trditev ničelnega zakona termodinamike:
“Če sta dve telesi v toplotnem ravnovesju s tretjim telesom, bodo ta telesa med seboj v toplotnem ravnovesju. "
Drug način za razumevanje toplotnega ravnovesja temelji na notranji energiji teles. Notranja energija ali preprosto toplotna energija je fizikalna veličina
neposrednosorazmerno à temperatura telesa. Če torej obstajajo telesa z različnimi temperaturami v istem termodinamičnem sistemu, bodo imela različna modula notranjo energijo in bo zato del te energije prenašal med njimi, dokler ne bo razlike med njihovimi energijami. notranje. Bi radi izvedeli več o tem, kaj je notranja energija in kakšne so njene lastnosti? Dostop do članka: Notranja energija.Ne ustavi se zdaj... Po oglaševanju je še več;)
toplotno in termično ravnovesje
Prenos toplote se vedno zgodi spontano, od telesa z najvišjo temperaturo do telesa z najnižjo temperaturo. Ta prenos energije v obliki toplote se lahko zgodi s procesi, kot so vožnja, konvekcija in sevanje.
Vožnja: Prav prenos toplote med telesi se pojavlja predvsem v trdnih snoveh. Pri tej vrsti prevodnosti ne pride do prenosov mase. Ta vrsta prenosa toplote pojasnjuje, kako na primer pride do toplotnega ravnovesja v kovinah.
Konvekcija: Gre za prenos toplote, ki poteka v tekočinah. V tem načinu prenosa toplote pride do prenosa mase, ko se ogrevana tekočina premika in tvori konvekcijske tokove, dokler vsa tekočina ne doseže toplotnega ravnovesja.
Sevanje: Gre za prenos toplote skozi elektromagnetne valove, zato se ta proces zgodi, tudi če med telesom in drugim telesom pri različnih temperaturah ni fizičnega medija. Prenesena toplota je v tem primeru enakovredna elektromagnetnim valovom z manj energije kot vidna svetloba, torej toplotno sevanje, ki se nahaja v območju infrardeča.
Dve tekočini na sliki prenašata toploto med seboj, dokler njuni temperaturi ne izenačita.
Bi radi izvedeli več o tem, kako poteka vsak postopek prenosa toplote? Dostop do članka: Procesi širjenja toplote.
občutna toplota
ko je Razlikavtemperatura med dvema telesoma ali med telesom in okolico bo med njima spontano prišlo do izmenjave toplote, tako da bo telo z višjo temperaturo se ohladi, telesa z nižjo temperaturo pa se segrevajo, dokler ne dosežejo temperature v ravnovesjetoplotno.
Količina toplote, ki se med telesi izmenjuje pri različnih temperaturah, se imenuje občutna toplota in ta znesek lahko izračunamo iz formule, prikazane na spodnji sliki:
V - toplota (apno ali J)
m - masa (g ali kg)
ç - specifična toplota (kal / gºC ali J / kg. K)
ΔT - temperaturne razlike (° C ali K)
V zgornji formuli je pomembno poudariti veličino imena Specifična toplota. takšna velikost meri količina energije na maso, ki jo mora snov pridobiti ali absorbirati, da se temperatura spreminja za 1 ° C. V primeru čiste vode, na primer, in pri običajnih tlačnih pogojih za spreminjanje temperature za 1 ° C je za vsak gram vode potrebno 1,0 kalorije.
Tako vse snovi, ki imajo medsebojno toplotni stik, običajno dosežejo stanje ravnovesjetoplotno sčasoma pa nekateri za to potrebujejo več energije, kar neposredno vpliva na temperaturo, da doseže toplotno ravnovesje.
preberitetudi:Kaj je temperatura?
latentna toplota
Možno je, da telo med izmenjavo toplote z okolico predstavlja tlak, temperaturo in prostornino, zaradi katerih se spremeni njegovo fizično stanje. Te spremembe se pojavijo v temperaturakonstanten (za telesa, sestavljena iz ene snovi, brez nečistoč), to pomeni, da se kljub sprejemu ali oddajanju toplote zunanjemu okolju temperatura teh teles ne spremeni.
To je mogoče le zato, ker se vsa izmenjana energija v tem primeru porabi za spremembo konformacije vaših molekul. Od trenutka, ko je energetska pregrada "premagana" in je vsa telesna vsebina v drugem fizičnem stanju, Telo si še naprej izmenjuje toploto z okolico, razen če seveda njegova temperatura ni enaka zunanji temperaturi.
O latentna toplota lahko izračunamo iz formule, prikazane na spodnji sliki, preverite:
V - latentna toplota (apno ali J)
m - masa (g ali kg)
L - specifična latentna toplota (kal / g ali J / kg)
Formula toplotnega ravnovesja
V primeru, da želimo izvedeti, kaj je temperaturavravnovesje nekega termodinamičnega sistema je treba, da obravnavani sistem obravnavamo kot a sistemizoliran, to pomeni, da moramo domnevati, da se v okolici tega sistema ne izmenjuje nobena količina toplote.
Iz tega stanja lahko rečemo, da se celotna količina izmenjane toplote izmenjuje le med telesi, ki tvorijo ta sistem, neupoštevanje toplotnih izgub na primer za stene posode. V tem primeru pravimo, da posoda ima toplotna zmogljivost zanemarljiv, torej ne absorbira toplote.
Predstavljajte si naslednjo situacijo: v skodelico vročega čaja z zanemarljivo toplotno zmogljivostjo nalijte nekaj kock ledu. Da bi ugotovili toplotno ravnotežno temperaturo, moramo poleg poznavanja začetnih pogojev sistema upoštevati še nekaj:
Vso toploto, ki jo vroč čaj odda ledu, bo le ta v celoti absorbiral, saj ima skodelica zanemarljivo toplotno sposobnost.
Upoštevati moramo toplotne izgube v zraku in kateri koli drugi okolici, da lahko to skodelico čaja razumemo kot zaprt termodinamični sistem.
Na ta način lahko ugotovimo, da se je vroči čaj odrekel celotni količini toplote, ki jo je prejel led, s tem pa smo napisali našo formulo za izračun toplotne bilance:
VR - Prejeta toplota
VÇ - oddana toplota
Toplota, podana v (QÇ), se nanaša na količino toplote, ki jo vroči čaj prenese na kocke ledu, vstavljene vanj. Že prejeta toplota (QR) je količina toplote, ki so jo te ledene kocke prejele. Ta količina toplote bo imela dve naravi: toploto občutljiv in vroče latentno, saj se bodo ledene kocke za vstop v toplotno ravnovesje verjetno stopile.
Določanje temperature toplotnega ravnovesja
Ugotovimo toplotno ravnotežno temperaturo iz naslednje situacije:
Skodelica z zanemarljivo toplotno zmogljivostjo, ki vsebuje 200 ml (200 g) čaja pri začetni temperaturi 70 ° C, prejme 10 g ledu pri temperaturi -10 ° C. Določite toplotno ravnotežno temperaturo sistema (predpostavimo, da je specifična toplota čaja enaka specifični toploti vode):
Podatki:
çVODA = 1,0 kal / g ° C
çLED = 0,5 kal / g ° C
LLED = 80 kal / g
Najprej menimo, da je vso toploto, ki jo je prejel led, oddajal čaj:
Nato je treba podrobno opisati, katere oblike toplote so bile dane in prejete:
Čaj: Čaj je dal samo smiselno toploto (Qs), saj se njegovo fizično stanje ni spremenilo.
Led: Led je bil sprva pri -10 ° C, zato je prejel občutno toploto (Qs) do temperature 0 ° C, nato pa prejema latentno toploto (QL) za utekočinjanje. Ko je postala tekoča, je prejemala latentno toploto (Qs), dokler ne vstopi v toplotno ravnovesje (TF) s čajem.
Če prevedemo zgoraj analizirano v obliki enačbe, bomo morali rešiti naslednji izračun:
Če nadomestimo podatke, ki jih zagotavlja vaja v zgornji enačbi, bomo morali rešiti naslednji izračun:
Glede na zgornji izračun mora biti ravnotežna temperatura sistema čaj + led približno 70,4 ° C.
Poskus toplotnega ravnovesja
Za preizkus toplotnega ravnovesja med dvema telesoma lahko izvedemo več poskusov. Najenostavnejši od njih pa vključuje uporabo a kalorimeter je termometer. Kalorimeter je adiabatska posoda (ki ne omogoča prehajanja toplote), s toplotno zmogljivostjo približnozanemarljivo, kot na primer lonec, obložen s stiroporjem, ki je dober toplotni izolator.
Kalorimeter se uporablja za merjenje temperaturnih sprememb sistema v notranjosti.
Toplotno ravnovesje in življenje na Zemlji
O ravnovesjetoplotno igra temeljno vlogo v zemeljskem življenju. Brez prisotnosti toplogrednih plinov v zemeljski atmosferi je večina toplotno sevanje planeta bi ga zapustil in se razširil v vesolje. Sčasoma bi to povzročilo močno ohlajanje po vsem planetu in sčasoma oceani zamrznili.
Poleg tega imajo oceani ključno vlogo pri ravnovesjetoplotno planeta. Zaradi svoje velike testenine in toplotaspecifično, oceani so obdarjeni z ogromno zmogljivostitoplotna, to pomeni, da morajo za spremembo temperature prejeti ogromno toplote. Iz tega razloga lahko zelo učinkovito uravnavajo temperaturo planeta. Regije, oddaljene od oceanov in z malo vode, so običajno velike toplotna območja, kot v primeru puščav, ki so podnevi izredno vroče in ponoči zmrznejo.
Zato je ravnovesjetoplotno gre za proces temeljnega pomena za vzdrževanje fizikalnih, kemijskih in bioloških procesov planeta, zato je bistven za obstoj življenja na Zemlji.
Jaz, Rafael Helerbrock
