דוגמאות לשיווי משקל תרמי
Miscellanea / / July 04, 2021
על ידי חיבור שני גופים שנמצאים זה בזה טמפרטורותזה שהוא חם יותר נותן חלק מהאנרגיה שלו לזה עם פחות טמפרטורה, עד לנקודה בה שתי הטמפרטורות שוות.
מצב זה מכונה שיווי משקל תרמיודווקא המצב בו הטמפרטורות של שני גופים שהיו בתחילה טמפרטורות שונות שוות. קורה שכאשר הטמפרטורות משתוות, זרימת החום מושעה ואז מגיעים למצב שיווי המשקל.
תיאורטית, שיווי משקל תרמי הוא יסודי במה שמכונה חוק אפס או עקרון אפס של תרמודינמיקה, שמסביר שאם שתי מערכות נפרדות נמצאות בו זמנית בשיווי משקל תרמי עם מערכת שלישית, הן נמצאות בשיווי משקל תרמי זו עם זו. חוק זה הוא בסיסי לכל תחום התרמודינמיקה, שהוא ה ענף הפיזיקה העוסק בתיאור מצבי שיווי המשקל ברמה מקרוסקופית.
כמות חום שיווי משקל
ה משוואה מה שמוליד את כימות כמות החום המוחלפת במעבר בין הגופים, יש את הצורה:
Q = M * C * ΔT
ש- כמות החום המתבטאת ב קלוריות, M מסת הגוף הנחקר, C the חום ספציפי של הגוף, ו- ΔT הפרש הטמפרטורה.
במצב שיווי משקל, המסה והחום הספציפי שומרים על ערכם המקורי, אך ההבדל של הטמפרטורה הופכת ל 0 מכיוון שדווקא מצב שיווי המשקל שבו אין שינויים טֶמפֶּרָטוּרָה.
טמפרטורת שיווי משקל
משוואה חשובה נוספת לרעיון שיווי המשקל התרמי היא זו המבקשת לבטא את הטמפרטורה ש-
מערכת מאוחדת. מקובל שכשמערכת של חלקיקי N1, שנמצאת בטמפרטורה T1, באה במגע עם אחרת מערכת של חלקיקי N2 שנמצאת בטמפרטורה T2, טמפרטורת שיווי המשקל מתקבלת באמצעות ה- נוּסחָה:(N1 * T1 + N2 * T2) / (N1 + N2)
באופן זה ניתן לראות כי מתי שתי תת מערכות יש מספר זהה של חלקיקים, טמפרטורת שיווי המשקל מופחתת לממוצע בין שתי הטמפרטורות הראשוניות. ניתן להכליל זאת לקשרים בין יותר משתי תת מערכות.
דוגמאות לשיווי משקל תרמי
להלן מספר דוגמאות למצבים בהם מתרחש שיווי משקל תרמי:
- מדידת טמפרטורת הגוף באמצעות מדחום עובדת כך. משך הזמן הממושך שעל המדחום להיות במגע עם הגוף כדי להיות מסוגל לכמת נכון דרגות הטמפרטורה נובעות בדיוק מהזמן שלוקח להגיע לשיווי משקל תֶרמִי.
- ה מוצרים שנמכרים 'טבעי' היו יכולים לעבור דרך מקרר. עם זאת, לאחר זמן מה מחוץ למקרר, במגע עם הסביבה הטבעית, הם הגיעו לשיווי משקל תרמי עמו.
- קביעות הקרחונים ב ים ובקטבים זה מקרה מסוים של שיווי משקל תרמי. בדיוק, ההתראות לגבי התחממות גלובלית יש להם הרבה מה לעשות עם עליית הטמפרטורה של הים, ואז שיווי משקל תרמי שבו הרבה מהקרח הזה נמס.
- כשאדם יוצא מהרחצה, הם קרים יחסית מכיוון שהגוף הגיע לשיווי משקל עם המים החמים, ועכשיו עליו להגיע לשיווי משקל עם הסביבה.
- כשמחפשים לקרר כוס קפה, מוסיפים לו חלב קר.
- חומרים כמו חמאה רגישים מאוד לשינויים בטמפרטורה, ועם זמן קצר מאוד במגע עם הסביבה בטמפרטורה טבעית, הם מגיעים לשיווי משקל ונמסים.
- על ידי הנחת ידך על מעקה קר, לזמן מה, היד נהיית קרה יותר.
- צנצנת עם קילו גלידה תימס לאט יותר מאחרת עם רבע קילו מאותה גלידה. זה מיוצר על ידי המשוואה בה המסה קובעת את מאפייני שיווי המשקל התרמי.
- כאשר קוביית קרח מונחת בכוס מים, נוצר גם שיווי משקל תרמי. ההבדל היחיד הוא ששיווי המשקל מרמז על שינוי מצב, מכיוון שהוא עובר 100 מעלות צלזיוס במקום בו המים עוברים ממוצק לנוזל.
- הוסף מים קרים לקצב של מים חמים, שם מגיעים לשיווי משקל במהירות רבה בטמפרטורה קרה יותר מהמקור.
לעקוב עם: