Când doi corpuri care sunt la temperaturi diferite sunt puse în contact, cel mai fierbinte renunță la o parte din energie cu cea cu o temperatură mai mică, până la punctul în care ambele temperaturi sunt egale.
Această situație este cunoscută sub numele de echilibru termic, și este tocmai starea în care temperaturile a două corpuri care inițial aveau temperaturi diferite sunt egale. Se întâmplă ca pe măsură ce temperaturile se egalizează, fluxul de căldură este suspendat, iar apoi se ajunge la situația de echilibru.
Vezi si: Exemple de căldură și temperatură
Teoretic, echilibrul termic este fundamental în ceea ce este cunoscut sub numele de Legea zero sau Principiul zero al termodinamicii, ceea ce explică faptul că dacă două sisteme separate sunt în același timp în echilibru termic cu un al treilea sistem, acestea sunt în echilibru termic între ele. Această lege este fundamentală pentru întreaga disciplină a termodinamicii, care este ramura fizicii care se ocupă cu descrierea stărilor de echilibru la nivel macroscopic.
Ecuația care dă naștere la cuantificarea cantității de căldură care este schimbată în transferurile dintre corpuri, are forma:
Q = M * C * ΔT
Unde Q este cantitatea de căldură exprimată în calorii, M este masa corpului în studiu, C este căldura specifică a corpului și ΔT este diferența de temperatură.
Într-o situația de echilibru, masa și căldura specifică își păstrează valoarea inițială, dar diferența de temperatură devine 0 deoarece tocmai a fost definită situația de echilibru în care nu există modificări de temperatură.
O altă ecuație importantă pentru ideea de echilibru termic este cea care încearcă să exprime temperatura pe care o va avea sistemul unificat. Se acceptă că atunci când un sistem de particule N1, care se află la temperatura T1, este pus în contact cu un alt sistem de particule N2 care se află la temperatura T2, temperatura de echilibru se obține prin formula:
(N1 * T1 + N2 * T2) / (N1 + N2).
În acest fel, se poate vedea că când ambele subsisteme au aceeași cantitate de particule, temperatura de echilibru este redusă la o medie între cele două temperaturi inițiale. Acest lucru poate fi generalizat pentru relațiile dintre mai mult de două subsisteme.
Iată câteva exemple de situații în care apare echilibrul termic:
- Măsurarea temperaturii corpului folosind un termometru funcționează astfel. Durata lungă pe care termometrul trebuie să o aibă în contact cu corpul pentru a putea cuantifica cu adevărat gradele de temperatură se datorează tocmai timpului necesar atingerii echilibrului termic.
- Produsele care sunt vândute „naturale” ar fi putut trece printr-un frigider. Cu toate acestea, după ceva timp în afara frigiderului, în contact cu mediul natural, au atins echilibrul termic cu acesta.
- Permanența ghețarilor în mări și la poli este un caz particular de echilibru termic. Tocmai, avertismentele referitoare la încălzirea globală au mult de-a face cu o creștere a temperaturii mării și apoi cu un echilibru termic în care se topește o mare parte din gheață.
- Când o persoană iese din scăldat, este relativ rece, deoarece corpul intrase în echilibru cu apa fierbinte, iar acum trebuie să intre în echilibru cu mediul.
- Când căutați să răciți o ceașcă de cafea, adăugați lapte rece.
- Substanțele precum untul sunt foarte sensibile la schimbările de temperatură și, cu un timp foarte scurt în contact cu mediul la temperatura naturală, intră în echilibru și se topesc.
- Punând mâna pe o balustradă rece, pentru un timp, mâna devine mai rece.
- Un borcan cu un kilogram de înghețată se va topi mai lent decât altul cu un sfert de kilogram din aceeași înghețată. Aceasta este produsă de ecuația în care masa determină caracteristicile echilibrului termic.
- Când un cub de gheață este plasat într-un pahar cu apă, apare și un echilibru termic. Singura diferență este că echilibrul implică o schimbare de stare, deoarece trece prin 100 ° C, unde apa trece de la un solid la un lichid.
- Adăugați apă rece la o rată de apă fierbinte, unde echilibrul este atins foarte repede la o temperatură mai rece decât cea originală.
