Равнотежатермичка је стање у којем се тело налази у иститемпература него њихова околина. Примећује се да сва тела која су на вишим температурама од својих суседа имају тенденцију да им спонтано дају топлоту док оба не почну да показују исту температуру.
Гледајтакође:Основи термологије
Термичка равнотежа и нулти закон термодинамике
Термичка равнотежа је централни концепт нултог закона термодинамике. Такав закон утврђује да, у случају када два термодинамичка система, ТХЕ и Б., налазе се у топлотној равнотежи са трећим термодинамичким системом, Ц, онда, ТХЕ и Б. они ће такође бити у топлотној равнотежи.
У топлотној равнотежи, коначне температуре сваког тела морају бити једнаке: ТТХЕ = ТБ. = ТЦ
Погледајте шта утврђује изјава нултог закона термодинамике:
“Ако су два тела у топлотној равнотежи са трећим телом, тада ће та тела бити у топлотној равнотежи једно с другим. “
Други начин за разумевање топлотне равнотеже заснован је на унутрашњој енергији тела. Унутрашња енергија, или једноставно топлотна енергија, је физичка величина
директнопропорционално à температура тела. Стога, ако постоје тела са различитим температурама у истом термодинамичком систему, они ће имати различите модуле од унутрашња енергија и стога ће преносити део те енергије између њих док не буде разлике између њихових енергија. унутрашње. Да ли желите да сазнате више о томе шта је унутрашња енергија и која су њена својства? Приступите чланку: Унутрашња енергија.Не заустављај се сада... После оглашавања има још;)
топлотна и топлотна равнотежа
Пренос топлоте се увек одвија спонтано, од тела са највишом температуром до тела са најнижом температуром. Овај пренос енергије у облику топлоте може се десити кроз процесе као што су вожња, конвекција и зрачење.
Вожња: Управо се пренос топлоте између тела јавља нарочито у чврстим делима. Код ове врсте проводљивости не долази до преноса масе. Ова врста преноса топлоте објашњава како се, на пример, јавља топлотна равнотежа у металима.
Конвекција: То је пренос топлоте који се одвија у течностима. У овом начину преноса топлоте долази до преноса масе, док се загрејана течност креће, формирајући конвекционе струје док сва течност не достигне топлотну равнотежу.
Зрачење: То је пренос топлоте кроз електромагнетне таласе, па се тај процес дешава чак и ако између тела и другог тела не постоји физички медијум на различитим температурама. Пренесена топлота је у овом случају еквивалент електромагнетних таласа са мање енергије од видљива светлост, дакле топлотно зрачење, смештено у пределу инфрацрвена.
Две течности на слици преносе топлоту једна до друге док им температуре не буду једнаке.
Да ли желите да сазнате више о томе како се одвија сваки од процеса преноса топлоте? Приступите чланку: Процеси ширења топлоте.
осетна топлота
кад постоји разликаутемпература између два тела или између тела и његове околине долази до спонтане размене топлоте, тако да тело са вишом температуром се хлади, а тело са нижом температуром загрева се док све не достигне температуру у равнотежатермичка.
Количина топлоте која се размењује између тела на различитим температурама назива се осетна топлота а овај износ се може израчунати из формуле приказане на доњој слици:
К - топлота (креч или Ј)
м - маса (г или кг)
ц - специфична топлота (кал / гºЦ или Ј / кг. К)
ΔТ - варијација температуре (° Ц или К)
У горе приказаној формули важно је нагласити величину имена специфична топлота. таква величина мери количина енергије по маси коју супстанца треба да добије или упије да би јој температура варирала за 1 ° Ц. На пример, у случају чисте воде, и под нормалним условима притиска, да би се температура мењала за 1ºЦ, потребно је 1,0 калорија за сваки грам воде.
Дакле, све супстанце које су успоставиле топлотни контакт једни са другима теже да достигну стање равнотежатермичка временом спонтано, међутим, некима је потребна већа количина енергије да би то учинили, а то директно утиче на температуру да достигне топлотну равнотежу.
читатитакође:Шта је температура?
латентна топлота
Могуће је да током размене топлоте са околином тело представља притисак, температуру и запремину због којих се претвара у физичко стање. Ове промене се јављају у температураконстантан (за тела састављена од једне супстанце, без нечистоћа), односно, упркос томе што примају или дају топлоту спољном окружењу, температура тих тела се не мења.
То је могуће само зато што се сва измењена енергија у овом случају користи за промену конформације ваших молекула. Од тренутка када је енергетска баријера „превазиђена“ и сав садржај тела је у другом физичком стању, Тело наставља да размењује топлоту са околином, осим ако, наравно, његова температура није једнака температури споља.
О. латентна топлота може се израчунати из формуле приказане на доњој слици, погледајте:
К - латентна топлота (креч или Ј)
м - маса (г или кг)
Л - специфична латентна топлота (кал / г или Ј / кг)
Формула топлотне равнотеже
У случају да желимо да сазнамо шта је температурауравнотежа неког термодинамичког система, неопходно је да дотични систем сматрамо као а системизолован, то јест, морамо претпоставити да се никаква количина топлоте не размењује са деловима овог система.
Из овог услова можемо рећи да се целокупна количина измењене топлоте размењује само између тела која чине овај систем, занемарујући губитке топлоте за зидове контејнера, на пример. У овом случају кажемо да контејнер има топлотни капацитет занемарљиво, односно не упија топлоту.
Замислите следећу ситуацију: у шољу топлог чаја, са занемарљивим топлотним капацитетом, сипајте мало коцкица леда. Да би се утврдила температура термичке равнотеже, поред познавања почетних услова система, морамо узети у обзир и следеће:
Сву количину топлоте коју врући чај даје леду, он ће у потпуности апсорбовати, јер шоља има занемарљив топлотни капацитет.
Морамо занемарити губитке топлоте у ваздуху и било којој другој околини, тако да се ова шоља чаја може схватити као затворени термодинамички систем.
На овај начин можемо утврдити да се топли чај одрекао целокупне топлоте коју је примио лед, чиме смо написали своју формулу за израчунавање топлотне равнотеже:
КР. - Примљена топлота
КЦ - топлота предата
Топлота дата у (КЦ), односи се на количину топлоте коју је врући чај пребацио на коцкице леда уметнуте у њега. Већ примљена топлота (ПР.) је количина топлоте коју су ове коцке леда примиле. Ова количина топлоте имаће две природе: топлоту осетљив и топло скривен, пошто ће се коцкице леда за улазак у топлотну равнотежу топити.
Одређивање температуре термичке равнотеже
Одредимо температурну равнотежну температуру из следеће ситуације:
Шоља занемарљивог топлотног капацитета која садржи 200 мл (200 г) чаја на почетној температури од 70 ° Ц, прима 10 г леда на температури од -10 ° Ц. Одредите температурну равнотежу система (претпоставимо да је специфична топлота чаја једнака специфичној топлоти воде):
Подаци:
цВОДА = 1,0 кал / г ° Ц
цИЦЕ = 0,5 кал / г ° Ц
ЛИЦЕ = 80 кал / г
Прво, сматрамо да је чај предао сву топлоту коју је примио лед:
Даље, потребно је детаљно објаснити који су облици топлоте дати и примљени:
Чај: Чај је давао само осетљиву топлоту (Пс), пошто се његово физичко стање није променило.
Лед: Лед је у почетку био на -10 ° Ц, па је добио осетну топлоту (Пс) до температуре од 0 ºЦ, а затим добија латентну топлоту (КЛ) да се течни. Након што је постао течан, добио је латентну топлоту (Кс) док не уђе у топлотну равнотежу (ТФ) уз чај.
Преводећи оно што је претходно анализирано у облику једначине, имаћемо следећи прорачун за решавање:
Заменом података добијених вежбом у горе пронађеној једначини, мораћемо да решимо следећи прорачун:
Према горњем прорачуну, равнотежна температура система чај + лед треба да буде приближно 70,4 ° Ц.
Експеримент топлотне равнотеже
Да бисмо тестирали топлотну равнотежу између два тела, можемо да изведемо неколико експеримената. Најједноставнији од њих, међутим, укључује употребу а калориметар то је термометар. Калориметар је адијабатски спремник (који не дозвољава пролаз топлоте), топлотног капацитета О томезанемарљиво, на пример лонац обложен стиропором, што је добар топлотни изолатор.
Калориметар се користи за мерење температурних варијација унутрашњег система.
Термичка равнотежа и живот на Земљи
О. равнотежатермичка игра основну улогу у земаљском животу. Без присуства гасова са ефектом стаклене баште у Земљиној атмосфери, већина топлотног зрачења планете би је напустио, ширећи се у свемир. Временом би то проузроковало масовно хлађење широм планете, узрокујући замрзавање океана током времена.
Поред тога, океани играју кључну улогу у равнотежатермичка планете. На основу свог великог тестенина и топлотаспецифично, океани су обдарени огромним капацитеттермална, односно треба да приме огромне количине топлоте да би променили температуру. Из тог разлога, они су у стању да врло ефикасно регулишу температуру планете. Регије далеко од океана и са мало воде имају тенденцију да имају велике термални опсези, као у случају пустиња, које су током дана изузетно вруће, а ноћу се смрзавају.
Стога равнотежатермичка то је процес од фундаменталног значаја за одржавање физичких, хемијских и биолошких процеса на планети и, према томе, од суштинске важности за постојање живота на Земљи.
Ја Рафаел Хелерброцк
