Když dojde ke kontaktu dvou těles, které mají různé teploty, ten, který je teplejší, se vzdá části své energie tomu, které má nižší teplotu, až do bodu, kdy jsou obě teploty stejné.
Tato situace je známá jako tepelná rovnováha, a je to přesně stav, ve kterém jsou teploty dvou těles, které původně měly různé teploty, stejné. Stává se, že když se teploty vyrovnají, tok tepla je pozastavena poté je dosaženo rovnováhy.
Viz také: Příklady tepla a teploty
Teoreticky je tepelná rovnováha zásadní v tom, co je známé jako nulový zákon nebo Nulový princip termodynamiky, což vysvětluje, že pokud jsou dva oddělené systémy současně v tepelné rovnováze se třetím systémem, jsou navzájem v tepelné rovnováze. Tento zákon je základem celé disciplíny termodynamiky, což je odvětví fyziky, které se zabývá popisem rovnovážných stavů na makroskopické úrovni.
Rovnice, která vede ke kvantifikaci množství tepla, které se vyměňuje při přenosech mezi tělesy, má tvar:
Q = M * C * ΔT
Kde Q je množství tepla vyjádřené v kaloriích, M je hmotnost zkoumaného těla, C je specifické teplo těla a ΔT je rozdíl teplot.
V rovnovážná situace, hmotnost a měrné teplo si zachovávají svoji původní hodnotu, ale teplotní rozdíl se stává 0 protože přesně byla definována rovnovážná situace, kdy nedochází k žádným změnám teploty.
Další důležitou rovnicí pro myšlenku tepelné rovnováhy je rovnice, která se snaží vyjádřit teplotu, kterou bude mít jednotný systém. Je akceptováno, že když je systém částic N1, který má teplotu T1, uveden do kontaktu s jiným systémem částic N2, který má teplotu T2, je rovnovážná teplota získána vzorcem:
(N1 * T1 + N2 * T2) / (N1 + N2).
Tímto způsobem je to vidět když oba subsystémy mají stejné množství částic, rovnovážná teplota se sníží na průměr mezi dvěma počátečními teplotami. To lze zobecnit pro vztahy mezi více než dvěma subsystémy.
Zde je několik příkladů situací, kdy dochází k tepelné rovnováze:
- Tímto způsobem funguje měření tělesné teploty pomocí teploměru. Dlouhá doba, kterou musí teploměr mít v kontaktu s tělem, aby bylo možné skutečně kvantifikovat stupně teploty, je způsobena právě dobou potřebnou k dosažení tepelné rovnováhy.
- Výrobky, které se prodávají „přírodní“, mohly projít ledničkou. Po nějaké době mimo chladničku, v kontaktu s přírodním prostředím, s nimi dosáhli tepelné rovnováhy.
- Stálost ledovců v mořích a na pólech je zvláštním případem tepelné rovnováhy. Varování týkající se globálního oteplování mají přesně co do činění se zvýšením teploty moří a potom s tepelnou rovnováhou, kde se velká část tohoto ledu roztaví.
- Když člověk vyjde z koupání, je mu relativně zima, protože tělo se dostalo do rovnováhy s horkou vodou a nyní se musí dostat do rovnováhy s prostředím.
- Když hledáte šálek kávy, přidejte do něj studené mléko.
- Látky, jako je máslo, jsou velmi citlivé na změny teploty a při velmi krátké době kontaktu s prostředím při přirozené teplotě se dostávají do rovnováhy a tají se.
- Položením ruky na studené zábradlí se ruka na chvíli ochladí.
- Sklenice s kilogramem zmrzliny se roztaje pomaleji než jiná se čtvrt kilogramu stejné zmrzliny. To je produkováno rovnicí, ve které hmota určuje vlastnosti tepelné rovnováhy.
- Když je kostka ledu umístěna do sklenice vody, nastává také tepelná rovnováha. Jediným rozdílem je, že rovnováha znamená změnu stavu, protože prochází 100 ° C, kde voda přechází z pevné látky do kapaliny.
- Přidejte studenou vodu do rychlosti horké vody, kde je velmi rychle dosaženo rovnováhy při teplotě nižší než původní.
