Когато две тела, които са с различни температури, са в контакт, това, което е по-горещо, отдава част от енергията си на това с по-ниска температура, до точката, в която двете температури са равни.
Тази ситуация е известна като термично равновесиеи това е именно състоянието, при което температурите на две тела, които първоначално са имали различни температури, са равни. Случва се, когато температурите се изравнят, топлинният поток е спрян, и тогава се достига равновесната ситуация.
Вижте също: Примери за топлина и температура
Теоретично, топлинното равновесие е от основно значение в това, което е известно като нулев закон или Нулев принцип на термодинамиката, което обяснява, че ако две отделни системи са едновременно в термично равновесие с трета система, те са в термично равновесие помежду си. Този закон е основополагащ за цялата дисциплина термодинамика, която е клонът на физиката, който се занимава с описване на равновесни състояния на макроскопично ниво.
Уравнението, което поражда количественото определяне на количеството топлина, което се обменя при трансферите между телата, има вид:
Q = M * C * ΔT
Където Q е количеството топлина, изразено в калории, M е масата на изследваното тяло, C е специфичната топлина на тялото и ΔT е разликата в температурата.
В равновесна ситуация, масата и специфичната топлина запазват първоначалната си стойност, но температурната разлика става 0 тъй като точно беше определена равновесната ситуация, при която няма промени в температурата.
Друго важно уравнение за идеята за термично равновесие е това, което се стреми да изрази температурата, която обединената система ще има. Приема се, че когато система от частици N1, която е с температура T1, влезе в контакт с друга система от частици N2, която е с температура T2, равновесната температура се получава по формулата:
(N1 * T1 + N2 * T2) / (N1 + N2).
По този начин може да се види това когато и двете подсистеми имат еднакво количество частици, равновесната температура се намалява до средна стойност между двете начални температури. Това може да бъде обобщено за връзки между повече от две подсистеми.
Ето няколко примера за ситуации, при които настъпва термично равновесие:
- Измерването на телесната температура с помощта на термометър работи по този начин. Дългото времетраене, което термометърът трябва да има в контакт с тялото, за да може наистина да определи количествено градусите на температурата, се дължи именно на времето, необходимо за постигане на топлинно равновесие.
- Продукти, които се продават „естествено“, биха могли да преминат през хладилник. Въпреки това, след известно време извън хладилника, в контакт с природната среда, те достигнаха топлинно равновесие с него.
- Постоянството на ледниците в моретата и на полюсите е частен случай на термично равновесие. Точно сигналите за глобално затопляне имат много общо с повишаването на температурата на моретата и след това с топлинно равновесие, където голяма част от този лед се топи.
- Когато човек излезе от къпане, той е относително студен, тъй като тялото е влязло в равновесие с горещата вода, а сега трябва да влезе в равновесие с околната среда.
- Когато искате да охладите чаша кафе, добавяйки към нея студено мляко.
- Вещества като маслото са много чувствителни към промените в температурата и при много кратко време в контакт с околната среда при естествена температура те влизат в равновесие и се топят.
- Поставяйки ръката върху студен парапет, за известно време ръката става по-студена.
- Буркан с половин килограм сладолед ще се стопи по-бавно от друг с четвърт килограм същия сладолед. Това се получава от уравнението, в което масата определя характеристиките на топлинното равновесие.
- Когато кубче лед се постави в чаша вода, настъпва и термично равновесие. Единствената разлика е, че равновесието предполага промяна на състоянието, тъй като преминава през 100 ° C, където водата преминава от твърдо вещество в течност.
- Добавете студена вода към скоростта на гореща вода, където много бързо се постига равновесие при температура, по-студена от първоначалната.
