Wenn zwei Körper mit unterschiedlichen Temperaturen in Kontakt gebracht werden, gibt der heißere einen Teil seiner Energie an den mit einer niedrigeren Temperatur ab, bis beide Temperaturen gleich sind.
Diese Situation ist bekannt als thermisches Gleichgewichtund genau in diesem Zustand sind die Temperaturen zweier Körper, die anfangs unterschiedliche Temperaturen hatten, gleich. Es kommt vor, dass bei ausgeglichenen Temperaturen Wärmestrom ist ausgesetztund dann ist die Gleichgewichtssituation erreicht.
Siehe auch: Beispiele für Hitze und Temperatur
Theoretisch ist das thermische Gleichgewicht von grundlegender Bedeutung für das sogenannte Nullgesetz oder das Nullprinzip der ThermodynamikDies erklärt, dass zwei getrennte Systeme, wenn sie gleichzeitig mit einem dritten System im thermischen Gleichgewicht sind, im thermischen Gleichgewicht miteinander sind. Dieses Gesetz ist grundlegend für die gesamte Disziplin der Thermodynamik, die der Zweig der Physik ist, der sich mit der Beschreibung von Gleichgewichtszuständen auf makroskopischer Ebene befasst.
Die Gleichung, die zur Quantifizierung der Wärmemenge führt, die bei den Übertragungen zwischen den Körpern ausgetauscht wird, hat folgende Form:
Q = M * C * ΔT
Wobei Q die in Kalorien ausgedrückte Wärmemenge ist, M die Masse des untersuchten Körpers ist, C die spezifische Wärme des Körpers ist und ΔT die Temperaturdifferenz ist.
In einem Gleichgewichtssituation, die Masse und die spezifische Wärme behalten ihren ursprünglichen Wert, aber die Temperaturdifferenz wird 0 denn genau die Gleichgewichtssituation, in der es keine Temperaturänderungen gibt, wurde definiert.
Eine weitere wichtige Gleichung für die Idee des thermischen Gleichgewichts ist diejenige, die versucht, die Temperatur auszudrücken, die das einheitliche System haben wird. Es wird angenommen, dass, wenn ein System von N1-Partikeln, das die Temperatur T1 hat, mit einem anderen System von N2-Partikeln in Kontakt kommt, das die Temperatur T2 hat, die Gleichgewichtstemperatur durch die Formel erhalten wird:
(N1 * T1 + N2 * T2) / (N1 + N2).
Auf diese Weise kann man das sehen Wenn beide Teilsysteme die gleiche Menge an Partikeln haben, wird die Gleichgewichtstemperatur auf einen Durchschnitt reduziert zwischen den beiden Anfangstemperaturen. Dies kann für Beziehungen zwischen mehr als zwei Subsystemen verallgemeinert werden.
Hier einige Beispiele für Situationen, in denen ein thermisches Gleichgewicht auftritt:
- So funktioniert die Messung der Körpertemperatur mit einem Thermometer. Die verlängerte Dauer, die das Thermometer in Kontakt mit dem Körper haben muss, um die Temperaturgrade wirklich quantifizieren zu können, ist genau auf die Zeit zurückzuführen, die benötigt wird, um das thermische Gleichgewicht zu erreichen.
- Produkte, die „natürlich“ verkauft werden, könnten durch einen Kühlschrank gegangen sein. Nach einiger Zeit außerhalb des Kühlschranks erreichten sie in Kontakt mit der natürlichen Umgebung ein thermisches Gleichgewicht.
- Die Beständigkeit von Gletschern in den Meeren und an den Polen ist ein besonderer Fall des thermischen Gleichgewichts. Gerade die Warnungen vor der globalen Erwärmung haben viel mit einem Anstieg der Meertemperatur und einem thermischen Gleichgewicht zu tun, in dem ein Großteil dieses Eises schmilzt.
- Wenn eine Person aus dem Baden kommt, ist sie relativ kalt, weil der Körper mit dem heißen Wasser ins Gleichgewicht gekommen ist, und jetzt muss er mit der Umwelt ins Gleichgewicht kommen.
- Wenn Sie eine Tasse Kaffee abkühlen möchten, geben Sie kalte Milch hinzu.
- Substanzen wie Butter reagieren sehr empfindlich auf Temperaturänderungen und kommen mit einer sehr kurzen Zeit in Kontakt mit der Umwelt bei natürlicher Temperatur ins Gleichgewicht und schmelzen.
- Wenn Sie die Hand eine Zeit lang auf ein kaltes Geländer legen, wird die Hand kälter.
- Ein Glas mit einem Kilo Eis schmilzt langsamer als ein anderes mit einem Viertel Kilo desselben Eises. Dies ergibt sich aus der Gleichung, in der die Masse die Eigenschaften des thermischen Gleichgewichts bestimmt.
- Wenn ein Eiswürfel in ein Glas Wasser gelegt wird, tritt auch ein thermisches Gleichgewicht auf. Der einzige Unterschied besteht darin, dass das Gleichgewicht eine Zustandsänderung impliziert, da es 100 ° C durchläuft, wobei das Wasser von einem Feststoff zu einer Flüssigkeit übergeht.
- Fügen Sie kaltes Wasser zu einer Rate von heißem Wasser hinzu, bei der das Gleichgewicht bei einer Temperatur, die kälter als das Original ist, sehr schnell erreicht wird.
