• מהו שיווי משקל תרמי?
• מהו שיווי משקל תרמי?
• נוסחת שיווי משקל תרמי
• חוק האפס של התרמודינמיקה
• דוגמאות לשיווי משקל תרמי

אנו מסבירים מהו שיווי משקל תרמי, ממה הוא מורכב ומהי הנוסחה שלו. כמו כן, חוק האפס של התרמודינמיקה ודוגמאות.

לאחר זמן מסוים, שני עצמים במגע יגיעו לאותה טמפרטורה.

מהו שיווי משקל תרמי?

בגוּפָנִי, שיווי משקל תרמי נקרא המצב שבו שני גופים במגע, או מופרדים על ידי משטח מוליך, משווים את הטמפרטורות השונות בתחילה שלהם, עקב העברת החום מאחד לשני.

אם יש לנו שני עצמים במגע, אחד חם יותר מהשני, ככל שיחלוף הזמן שניהם נוטים להגיע לאותה טמפרטורה ואם לא תהיה העברה של חוֹם כלפי עצמים אחרים, מעתה הם ישמרו על שיווי משקל תרמי, כלומר א טֶמפֶּרָטוּרָה קָבוּעַ.

מהו שיווי משקל תרמי?

מצב שיווי המשקל התרמי מתרחש כאשר האנרגיה הקינטית שווה בשני הגופים.

ניתן להסביר תופעה זו במיקרוסקופ, מתוך הבנה שטמפרטורת העצמים קשורה ישירות ל אנרגיה קינטית הממוצע שלךחלקיקים, להיותאטומים, מולקולות, או כאלה שצריך לקחת בחשבון. ממוצע זה הוא מה שנהוג לכנות "אנרגיה פנימית" בפיזיקה, כך שככל שהאנרגיה הקינטית גבוהה יותר, כך האנרגיה הפנימית גבוהה יותר והטמפרטורה של המערכת גבוהה יותר.

שני גופים במגע מחליפים אנרגיה ככל שעובר הזמן. וכך, נקודת שיווי המשקל התרמי מושגת כאשר האנרגיה הקינטית של שני הגופים שווה, כך ששני הגופים מתחילים לפעול כמערכת תרמודינמית אחת, שניחנה באותה כמות של אנרגיה פנימית, ולכן, טמפרטורה.

נוסחת שיווי משקל תרמי

הביטוי של שיווי משקל תרמי כרוך בחישוב הפרש הטמפרטורה בין שני הגופים, ולכן יש לקבוע את כמות החום (Q) שהם מחליפים.

זה נקבע באמצעות הנוסחה Q = m. לִספִירַת הַנוֹצרִים. Δt, כאשר m יהיה המסה של הגוף, Ce suחום ספציפי מבוטא ב-cal / gr ° C, ו-Δt הוא משתנה הטמפרטורה, כלומר: Δt = tf - ti, זמן סופי פחות זמן התחלתי.

לאחר שחושב החום Q עבור כל גוף, נוכל להשוות ביניהם בידיעה ששיווי המשקל התרמי מתרחש בשוויון הטמפרטורות בין גוף 1 לגוף 2. כדי להגיע לשיווי משקל תרמי, החום שהגוף הקר ביותר צובר הוא זה שהגוף הכי חם מאבד, אז Q1 = Q2, כלומר, חום שנרכש = חום שאבד.

חוק האפס של התרמודינמיקה

ניתן לבטא את חוק האפס של התרמודינמיקה כך: אם A = C ו- B = C, אז A = B.

עקרון זה בא לידי ביטוי במה שנקרא חוק האפס של התרמודינמיקה, שבא לידי ביטוי בשנת 1931 על ידי ר"ה פאולר באופן הבא: "אם נמצאו שתי מערכות A ו-B, כל אחת בנפרד, בשיווי משקל תרמי עם שליש. מערכת, שנקרא לו C, אז גם A ו-B נמצאים בשיווי משקל תרמי זה עם זה”.

כלומר: אם A = C ו- B = C, אז A = B.

הודות לעיקרון זה, שבמרכזו הניסוח המתמטי של התרמודינמיקה, ידוע מה מקסוול ביטא במילים בצורה זו: "כל החום הוא מאותו סוג".

דוגמאות לשיווי משקל תרמי

הנה כמה דוגמאות פשוטות לשיווי משקל תרמי:

• כאשר אנו נכנסים לחדר חם, אנו קולטים את החום של האוויר מיד אבל נתון מרווח שלמזג אוויר, הגוף שלנו יחליף חום עם האוויר ויכנס איתו לשיווי משקל תרמי, ולכן נפסיק לתפוס את ההבדל בטמפרטורה.
• אם נכניס מיכל זכוכית עם מים קרים למיכל גדול יותר עם מים רותחים, זרימת החום בין השניים תקרר את המים החמים ותחמם את הקרים, עד הגעה לרמת ביניים של שיווי משקל תרמי.
• המוצרים שיש לנו במקפיא במטבח נמצאים בשיווי משקל תרמי ביחס לאוויר הקפוא ביניהם, כך שלכולם יש אותה טמפרטורה.