Тепловое равновесие

Что такое тепловое равновесие
Представь, что в некотором царстве, в некотором изолированном пространстве живут два волшебных шарика. Они живут только друг с другом и больше ни с кем не взаимодействуют. Один горячий, другой холодный. И горячему шарику становится жаль другого, что он мерзнет, и он с течением времени отдает холодному часть своего тепла. Это называется теплообменом.
И так отдает один шарик свое тепло другому, пока не достигнут они оба одинаковой температуры и теплового равновесия. Так и происходит одно из фундаментальных явлений в физической науке.
Тепловое равновесие — это состояние, при котором тела находятся имеют одинаковую степень нагретости и не обмениваются теплом друг с другом.
Оно характеризуется тем, что температуры объектов не изменяются со временем, и они достигли температурного баланса.
Тепло — это форма энергии, которой обладают частицы любого объекта — молекулы. Поэтому по сути молекулы одного объекта передают часть своей энергии другому.
Задачи на знание принципа теплового равновесия встречаются в первой части ЕГЭ, и важно понимать, какие формулы придется использовать, чтобы решить их.
Формула теплового равновесия
Этот процесс можно описать с помощью формулы, которая связывает энергию и ее потоки в равновесной системе. Эта формула называется законом теплового равновесия и определяется как:
Q1 = Q2
Где Q1 — количество тепла, переданного от первого тела ко второму, а Q2 — количество тепла, полученное от первого вторым. Этот закон отражает установившееся состояние теплового равновесия, при котором тепловой поток одинаков.
А уравнение теплового баланса можно представить так: Q1 + Q2 = 0.
То есть 0 — это теплообмен с окружающей средой, и получается, что объекты могут взаимодействовать только друг с другом.
Если в теплообмене участвует большее количество предметов или газов, то в теплообмене будут участвовать они все: Q1 + Q2 + Q3 + …+ Qn = 0.
Примеры теплового равновесия
Примером такого баланса может служить любая бытовая ситуация, когда два объекта разной температуры оказываются в одной закрытой среде. Представь, что ты налил горячий чай в термочашку. С течением времени степень нагретости чая и термоса будут выравниваться, пока не достигнут состояния теплового равновесия. То есть чай остывает, а чашка нагревается.
Еще одним примером является лед в стакане, который находится в тепловом контакте с водой. Ты заметишь, как лед тает, а вода становится при этом холодной. Они достигают одинаковой температуры и теплового равновесия.
Это одно из важнейших понятий в физике, определяющее состояние, при котором объекты имеют одинаковые температуры и не обмениваются теплом. Оно устанавливается в системах, где температурный поток между телами равен нулю. Этот баланс играет важную роль в понимании процессов теплообмена и поведения материалов при изменении условий.
Проверь себя
Что такое тепловое равновесие
- состояние, когда весы становятся теплыми;
- состояние, когда тела в закрытом пространстве имеют одинаковую температуру и не обмениваются теплом друг с другом;
- когда тела одинаково весят и при этом теплые.
Как выглядит уравнение теплового баланса?
- Q1 + Q2 = 0;
- Q1 - Q2 = 0;
- Q1 х Q2 = 0.
Если прохладный мраморный шарик держать в руке, что с ним будет?
- Он растает.
- Он останется холодным.
- Он будет нагреваться, пока температуры шарика и руки не сравняются.