Баланстепловий це стан, в якому тіло опиняється в те саметемператури ніж їх оточення. Помічено, що всі тіла, які перебувають при більш високих температурах, ніж їхні сусіди, мають тенденцію спонтанно нагрівати їх до тих пір, поки обидва не почнуть мати однакову температуру.
Дивисьтакож:Основи термології
Теплова рівновага та нульовий закон термодинаміки
Теплова рівновага є центральним поняттям нульового закону термодинаміки. Такий закон встановлює, що у випадку, коли дві термодинамічні системи THE і B, перебувають у тепловій рівновазі з третьою термодинамічною системою, Ç, тоді, THE і B вони також будуть знаходитися в тепловій рівновазі.
У тепловій рівновазі кінцеві температури кожного тіла повинні бути рівними: TTHE = ТB = ТÇ
Перевірте, що встановлює твердження нульового закону термодинаміки:
“Якщо два тіла перебувають у тепловій рівновазі з третім, то ці тіла будуть знаходитися в тепловій рівновазі одне з одним ».
Інший спосіб зрозуміти тепловий баланс базується на внутрішній енергії тіл. Внутрішня енергія, або просто теплова енергія - це фізична величина
безпосередньопропорційний à температури тіла. Отже, якщо в одній термодинамічній системі є тіла з різною температурою, вони матимуть різні модулі внутрішню енергію і, отже, буде передавати частину цієї енергії між собою, поки не буде різниці між їх енергіями. внутрішній. Ви хочете дізнатись більше про те, що таке внутрішня енергія та які її властивості? Доступ до статті: Внутрішня енергія.тепловий і тепловий баланс
Передача тепла завжди відбувається спонтанно, від тіла з найвищою температурою до тіла з найнижчою температурою. Цей перенос енергії у вигляді тепла може відбуватися через такі процеси, як водіння, конвекція і радіація.
Водіння: Саме передача тепла між тілами відбувається особливо в твердих тілах. При цьому типі провідності не відбувається перенесення маси. Цей тип теплопередачі пояснює, як, наприклад, відбувається теплова рівновага в металах.
Конвекція: Це тепловіддача, яка відбувається в рідинах. У цьому режимі теплообміну відбувається масообмін, коли нагріта рідина рухається, утворюючи конвекційні струми, поки вся рідина не досягне теплової рівноваги.
Випромінювання: Це передача тепла через електромагнітні хвилі, тому цей процес відбувається, навіть якщо між тілом та іншим тілом немає фізичного середовища при різних температурах. У цьому випадку тепло, яке передається, еквівалентно електромагнітним хвилям з меншою енергією, ніж видиме світло, таким чином являючи собою теплове випромінювання, розташоване в районі інфрачервоний.
Дві рідини на малюнку передають тепло одне одному, поки їх температури не зрівняються.
Хочете дізнатись більше про те, як відбувається кожен із процесів теплопередачі? Доступ до статті: Процеси розповсюдження тепла.
відчутне тепло
коли там різницявтемператури між двома тілами або між тілом та його оточенням між ними відбуватиметься спонтанний теплообмін, так що тіло з більш високою температурою охолоджується, а тіла з нижчою температурою нагріваються, поки всі вони не досягнуть температури в баланстепловий.
Кількість теплоти, яка обмінюється між тілами при різних температурах, називається відчутне тепло і цю суму можна розрахувати за формулою, наведеною на малюнку нижче:
Питання - тепло (вапно або Дж)
м - маса (г або кг)
ç - питома теплоємність (кал / гºС або Дж / кг. К)
ΔT - коливання температури (° C або K)
У наведеній вище формулі важливо виділити велич імені питоме тепло. така величина вимірює кількість енергії на масу, яку необхідна речовині для отримання або поглинання, щоб її температура змінювалася на 1 ° C. Наприклад, у випадку з чистою водою та за звичайних умов тиску, щоб змінювати її температуру на 1 ° C, на кожен грам води потрібно 1,0 калорії.
Таким чином, всі речовини, які встановили тепловий контакт один з одним, мають тенденцію досягати стану баланстепловий з часом спонтанно, однак, деяким для цього потрібна більша кількість енергії, і це безпосередньо впливає на температуру для досягнення теплової рівноваги.
читатитакож:Що таке температура?
приховане тепло
Не виключено, що під час теплообміну з оточенням тіло представляє тиск, температуру та об’єм, які спричиняють зміну фізичного стану. Ці зміни відбуваються в Росії температурипостійний (для тіл, що складаються з однієї речовини, без домішок), тобто, незважаючи на отримання або віддачу тепла зовнішньому середовищу, температура цих тіл не змінюється.
Це можливо лише тому, що вся обмінена енергія, в даному випадку, використовується для зміни конформації ваших молекул. З того моменту, як енергетичний бар'єр "подоланий", і весь вміст тіла перебуває в іншому фізичному стані, Тіло продовжує обмінюватися теплом із оточенням, якщо, звичайно, його температура не дорівнює температурі назовні.
О приховане тепло можна розрахувати за формулою, зображеною на малюнку нижче, перевірте це:
Питання - приховане тепло (вапно або J)
м - маса (г або кг)
L - питома прихована теплоємність (кал / г або Дж / кг)
Формула теплової рівноваги
На випадок, якщо ми хочемо з’ясувати, що таке температуривбаланс якоїсь термодинамічної системи, необхідно, щоб ми розглядали цю систему як a системаізольовані, тобто ми повинні припустити, що ніяка кількість тепла не обмінюється з околицями цієї системи.
З цієї умови можна сказати, що вся кількість теплообміну, що обмінюється, обмінюється лише між тілами, що складають цю систему, не враховуючи втрати тепла наприклад, для стінок контейнера. У цьому випадку ми говоримо, що контейнер має теплова потужність незначно, тобто він не поглинає ніякого тепла.
Уявіть собі таку ситуацію: у чашку гарячого чаю з незначною теплоємністю насипте трохи кубиків льоду. Для того, щоб визначити температуру теплової рівноваги, на додаток до знання початкових умов системи, ми повинні зробити деякі міркування:
Вся кількість тепла, яке гарячий чай віддає льоду, буде повністю поглинатися ним, оскільки чашка має незначну теплоємність.
Потрібно не враховувати втрати тепла у повітрі та будь-якому іншому оточенні, щоб цю чашку чаю можна було розуміти як замкнену термодинамічну систему.
Таким чином, ми можемо встановити, що вся кількість тепла, отриманого льодом, віддавалась гарячим чаєм, при цьому ми написали нашу формулу для розрахунку теплового балансу:
ПитанняР. - Тепло отримано
ПитанняÇ - тепло, що подається
Тепло, подане в (QÇ), стосується кількості тепла, яке гарячий чай передавав кубикам льоду, вставленим у нього. Вже отримане тепло (QР.) - кількість теплоти, яку отримали ці кубики льоду. Ця кількість тепла матиме дві природи: тепло чутливий і гаряча латентний, оскільки для вступу в теплову рівновагу кубики льоду, швидше за все, розтануть.
Визначення температури теплової рівноваги
Визначимо температуру теплової рівноваги з наступної ситуації:
У чашку з незначною тепловою ємністю, яка містить 200 мл (200 г) чаю при початковій температурі 70 ° C, надходить 10 г льоду при температурі -10 ° C. Визначте температурну рівновагу системи (припустимо, що питома теплота чаю дорівнює питомій теплоті води):
Дані:
çВОДА = 1,0 кал / г ° С
çЛЕД = 0,5 кал / г ° С
LЛЕД = 80 кал / г.
По-перше, ми вважаємо, що все тепло, яке отримує лід, віддавав чай:
Далі необхідно детально визначити, які форми тепла були отримані та отримані:
Чай: Чай давав лише розумне тепло (Qs), оскільки його фізичний стан не змінився.
Лід: Лід спочатку був при -10 ° C, тому він отримував відчутне тепло (Qs) до температури 0 ºC, потім отримували приховане тепло (QL) зріджувати. Ставши рідким, він отримував приховане тепло (Qs), поки не вступить в теплову рівновагу (TF) з чаєм.
Перекладаючи те, що було проаналізовано вище, у вигляді рівняння, ми маємо вирішити наступний розрахунок:
Замінюючи дані, надані вправою, у рівнянні, знайденому вище, нам доведеться вирішити наступний розрахунок:
Згідно з розрахунком, зробленим вище, рівноважна температура системи чай + лід повинна бути приблизно 70,4 ° C.
Експеримент з тепловим балансом
Для перевірки теплового балансу між двома тілами ми можемо провести кілька експериментів. Проте найпростіший з них передбачає використання символу a калориметр це термометр. Калориметр - це адіабатичний контейнер (який не дозволяє пропускати тепло), з тепловою потужністю пронезначно, як горщик, облицьований пінополістиролом, наприклад, який є хорошим теплоізолятором.
Калориметр використовується для вимірювання змін температури в системі всередині.
Тепловий баланс і життя на Землі
О баланстепловий він відіграє фундаментальну роль у земному житті. Без присутності парникових газів в атмосфері Землі більша частина теплового випромінювання планети залишив би її, поширюючись у космосі. З часом це призведе до масового похолодання по всій планеті, що призведе до замерзання океанів з часом.
Крім того, океани відіграють ключову роль в Росії баланстепловий планети. В силу своєї великої макарони і теплоконкретний, Світовий океан наділений величезним ємністьтепловий, тобто вони повинні отримувати величезну кількість тепла, щоб змінити температуру. З цієї причини вони здатні дуже ефективно регулювати температуру планети. Регіони, далекі від океанів і з невеликою кількістю води, як правило, мають великі теплові діапазони, як у випадку з пустелями, де вдень надзвичайно жарко, а вночі замерзає.
Тому баланстепловий це процес, що має принципове значення для підтримки фізичних, хімічних та біологічних процесів на планеті, а отже, важливий для існування життя на Землі.
Мені Рафаель Хелерброк
Джерело: Бразильська школа - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/equilibrio-termico.htm