Коли два тіла, що перебувають при різних температурах, контактують, те, що гарячіше, віддає частину своєї енергії тілу з нижчою температурою, до точки, де обидві температури рівні.
Ця ситуація відома як теплова рівновага, і це саме той стан, при якому температури двох тіл, які спочатку мали різні температури, рівні. Буває так, що як температури вирівнюються, тепловий потік призупинено, а потім досягається рівноважна ситуація.
Дивіться також: Приклади тепла та температури
Теоретично, теплова рівновага є фундаментальною в тому, що називається Нульовим Законом або Нульовий принцип термодинаміки, що пояснює, що якщо дві окремі системи перебувають одночасно в тепловій рівновазі з третьою системою, вони знаходяться в тепловій рівновазі між собою. Цей Закон є фундаментальним для всієї дисципліни термодинаміки, яка є розділом фізики, що займається описом станів рівноваги на макроскопічному рівні.
Рівняння, що породжує кількісну оцінку кількості теплоти, яка обмінюється при передачах між тілами, має вигляд:
Q = M * C * ΔT
Де Q - кількість теплоти, виражена в калоріях, M - маса досліджуваного тіла, C - питома теплоємність тіла, ΔT - різниця температур.
В ситуація рівноваги, маса та питома теплоємність зберігають своє початкове значення, але різниця температур стає 0 тому що саме була визначена рівноважна ситуація, коли немає змін температури.
Іншим важливим рівнянням ідеї теплової рівноваги є таке, яке прагне виразити температуру, яку матиме об’єднана система. Прийнято, що коли система частинок N1, яка знаходиться при температурі T1, контактує з іншою системою частинок N2, яка знаходиться при температурі T2, рівноважна температура отримується за формулою:
(N1 * T1 + N2 * T2) / (N1 + N2).
Таким чином, це можна побачити коли в обох підсистемах однакова кількість частинок, рівноважна температура знижується до середньої між двома початковими температурами. Це можна узагальнити для зв’язків між більш ніж двома підсистемами.
Ось кілька прикладів ситуацій, коли настає теплова рівновага:
- Вимірювання температури тіла за допомогою термометра працює так. Тривала тривалість контакту термометра з тілом, щоб мати можливість по-справжньому кількісно визначити градуси температури, обумовлена саме часом, необхідним для досягнення теплової рівноваги.
- Продукти, які продаються «натурально», могли пройти через холодильник. Однак через деякий час поза холодильником, контактуючи з природним середовищем, вони досягли з ним теплової рівноваги.
- Постійність льодовиків у морях та на полюсах є окремим випадком теплової рівноваги. Точно, попередження щодо глобального потепління мають багато спільного із підвищенням температури морів, а потім і з тепловою рівновагою, де більша частина цього льоду тане.
- Коли людина виходить з купання, їй відносно холодно, тому що тіло прийшло в рівновагу з гарячою водою, і тепер воно має прийти в рівновагу з навколишнім середовищем.
- Охолоджуючи чашку кави, додаючи в неї холодного молока.
- Такі речовини, як вершкове масло, дуже чутливі до змін температури, і за дуже короткий час при контакті з навколишнім середовищем при природній температурі вони приходять у рівновагу і плавляться.
- Поклавши руку на холодну перилу, на деякий час вона стає холоднішою.
- Баночка з кілограмом морозива тане повільніше, ніж інша, з чвертю кілограма такого ж морозива. Це отримується за допомогою рівняння, в якому маса визначає характеристики теплової рівноваги.
- Коли кубик льоду поміщають у склянку з водою, також настає теплова рівновага. Різниця лише в тому, що рівновага передбачає зміну стану, оскільки вона проходить через 100 ° C, де вода переходить із твердого речовини в рідину.
- Додайте холодну воду до швидкості гарячої води, де рівновага дуже швидко досягається при температурі, холоднішій від вихідної.
