Esempi di equilibrio termico

Mettendo in contatto due corpi che sono a differenti temperature, quella più calda cede parte della sua energia a quella con meno temperatura, al punto che entrambe le temperature sono uguali.

Questa situazione è nota come equilibrio termale, ed è proprio lo stato in cui le temperature di due corpi che inizialmente avevano temperature diverse sono uguali. Succede che quando le temperature si equivalgono, il flusso di calore viene sospeso e quindi si raggiunge la situazione di equilibrio.

Teoricamente, l'equilibrio termico è fondamentale in quella che è nota come Legge Zero o il Principio zero della termodinamica, il che spiega che se due sistemi separati sono contemporaneamente in equilibrio termico con un terzo sistema, sono in equilibrio termico tra loro. Questa Legge è fondamentale per l'intera disciplina della termodinamica, che è la branca della fisica che si occupa di descrivere gli stati di equilibrio a livello macroscopico.

Quantità di calore di equilibrio

Il equazione che dà luogo alla quantificazione della quantità di calore che viene scambiata nei trasferimenti tra i corpi, ha la forma:

Q = M * C * T

essendo Q la quantità di calore espressa in calorie, M la massa del corpo in esame, C il calore specifico del corpo e ΔT la differenza di temperatura.

In una situazione di equilibrio, la massa e il calore specifico mantengono il loro valore originale, ma la differenza di la temperatura diventa 0 perché proprio la situazione di equilibrio in cui non ci sono variazioni di temperatura.

Temperatura di equilibrio

Un'altra equazione importante per l'idea di equilibrio termico è quella che cerca di esprimere la temperatura che il sistema unificato. È accettato che quando un sistema di particelle N1, che è alla temperatura T1, entra in contatto con un altro sistema di particelle di N2 che è alla temperatura T2, la temperatura di equilibrio è ottenuta mediante il formula:

(N1 * T1 + N2 * T2) / (N1 + N2)

In questo modo si vede che quando entrambi i sottosistemi hanno lo stesso numero di particelle, la temperatura di equilibrio si riduce a una media tra le due temperature iniziali. Questo può essere generalizzato per le relazioni tra più di due sottosistemi.

Esempi di equilibrio termico

Ecco alcuni esempi di situazioni in cui si verifica l'equilibrio termico:

1. La misurazione della temperatura corporea attraverso un termometro funziona in questo modo. La durata prolungata che il termometro deve avere a contatto con il corpo per poterlo quantificare vero i gradi di temperatura sono dovuti proprio al tempo impiegato per raggiungere l'equilibrio termico.
2. Il prodotti che vengono venduti "al naturale" potrebbero essere passati attraverso un frigorifero. Tuttavia, dopo un po' di tempo fuori dal frigorifero, a contatto con l'ambiente naturale, hanno raggiunto l'equilibrio termico con esso.
3. La permanenza dei ghiacciai nel mari e ai poli è un caso particolare di equilibrio termico. Precisamente, gli avvisi riguardanti il il riscaldamento globale hanno molto a che fare con un aumento della temperatura dei mari, e quindi un equilibrio termico in cui gran parte di quel ghiaccio si scioglie.
4. Quando una persona esce dal bagno, ha relativamente freddo perché il corpo era entrato in equilibrio con l'acqua calda, e ora deve entrare in equilibrio con l'ambiente.
5. Quando si cerca di raffreddare una tazza di caffè, aggiungendovi del latte freddo.
6. Sostanze come il burro sono molto sensibili agli sbalzi di temperatura, e con un brevissimo tempo a contatto con l'ambiente a temperatura naturale, entrano in equilibrio e si sciolgono.
7. Mettendo la mano su una ringhiera fredda, per un po', la mano diventa più fredda.
8. Un vasetto con un chilo di gelato si scioglierà più lentamente di un altro con un quarto di chilo dello stesso gelato. Questo è prodotto dall'equazione in cui la massa determina le caratteristiche dell'equilibrio termico.
9. Quando un cubetto di ghiaccio viene posto in un bicchiere d'acqua, si verifica anche un equilibrio termico. L'unica differenza è che l'equilibrio implica un cambiamento di stato, perché passa per 100 ° C dove l'acqua passa da solido a liquido.
10. Aggiungere acqua fredda a una velocità di acqua calda, dove l'equilibrio viene raggiunto molto rapidamente a una temperatura più fredda dell'originale.

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