Keď sa dostanú do kontaktu dve telesá, ktoré majú rozdielne teploty, horšie sa odovzdá časť svojej energie telu s nižšou teplotou do bodu, keď sú obe teploty rovnaké.
Táto situácia je známa ako tepelná rovnováha, a je to presne ten stav, v ktorom sú teploty dvoch telies, ktoré mali pôvodne odlišné teploty, rovnaké. Stáva sa, že keď sa teploty vyrovnajú, tok tepla je pozastavený, a potom sa dosiahne rovnováha.
Pozri tiež: Príklady tepla a teploty
Teoreticky je tepelná rovnováha základom toho, čo je známe ako nulový zákon alebo Nulový princíp termodynamiky, čo vysvetľuje, že ak sú dva samostatné systémy súčasne v tepelnej rovnováhe s tretím systémom, sú navzájom v tepelnej rovnováhe. Tento zákon je základom celej disciplíny termodynamiky, čo je odvetvie fyziky, ktoré sa zaoberá popisom rovnovážnych stavov na makroskopickej úrovni.
Rovnica, ktorá vedie ku kvantifikácii množstva tepla, ktoré sa vymieňa pri prestupoch medzi telesami, má formu:
Q = M * C * ΔT
Kde Q je množstvo tepla vyjadrené v kalóriách, M je hmotnosť skúmaného tela, C je špecifické teplo tela a ΔT je rozdiel teplôt.
V rovnovážna situácia, hmotnosť a špecifické teplo si zachovávajú svoju pôvodnú hodnotu, ale teplotný rozdiel sa stáva 0 pretože bola presne definovaná rovnovážna situácia, keď nedochádza k zmenám teploty.
Ďalšou dôležitou rovnicou pre myšlienku tepelnej rovnováhy je rovnica, ktorá sa snaží vyjadriť teplotu, ktorú bude mať jednotný systém. Je akceptované, že keď systém častíc N1, ktorý má teplotu T1, prichádza do styku s iným systémom častíc N2, ktorý má teplotu T2, rovnovážna teplota sa získa vzorcom:
(N1 * T1 + N2 * T2) / (N1 + N2).
Takto to vidno keď majú oba subsystémy rovnaké množstvo častíc, rovnovážna teplota sa zníži na priemer medzi dvoma počiatočnými teplotami. To možno zovšeobecniť pre vzťahy medzi viac ako dvoma subsystémami.
Tu je niekoľko príkladov situácií, keď nastáva tepelná rovnováha:
- Takto funguje meranie telesnej teploty pomocou teplomera. Dlhé obdobie, ktoré musí mať teplomer v kontakte s telom, aby mohol skutočne kvantifikovať stupne teploty, je dané práve časom, ktorý je potrebný na dosiahnutie tepelnej rovnováhy.
- Výrobky, ktoré sa predávajú „prírodné“, mohli prejsť cez chladničku. Po nejakom čase mimo chladničky, v kontakte s prírodným prostredím, s nimi však dosiahli tepelnú rovnováhu.
- Trvanlivosť ľadovcov v moriach a na póloch je osobitným prípadom tepelnej rovnováhy. Varovania týkajúce sa globálneho otepľovania majú do istej miery spoločné s nárastom teploty morí a potom s tepelnou rovnováhou, pri ktorej sa veľká časť tohto ľadu topí.
- Keď človek vyjde z kúpania, je mu relatívne chladno, pretože telo sa dostalo do rovnováhy s horúcou vodou a teraz musí vstúpiť do rovnováhy s prostredím.
- Keď sa snažíte ochladiť šálku kávy, dolejte ju studeným mliekom.
- Látky ako maslo sú veľmi citlivé na zmeny teploty a pri veľmi krátkom čase kontaktu s prostredím pri prirodzenej teplote sa dostanú do rovnováhy a topia sa.
- Položením ruky na studené zábradlie sa ruka na chvíľu ochladí.
- Dóza s kilogramom zmrzliny sa bude topiť pomalšie ako iná, ktorá má štvrť kila tej istej zmrzliny. Vyrába sa to pomocou rovnice, v ktorej hmotnosť určuje vlastnosti tepelnej rovnováhy.
- Ak sa kocka ľadu vloží do pohára s vodou, dôjde tiež k tepelnej rovnováhe. Jediný rozdiel je v tom, že rovnováha znamená zmenu stavu, pretože prechádza cez 100 ° C, kde voda prechádza z pevnej látky do kvapaliny.
- Pridajte studenú vodu do množstva horúcej vody, kde sa veľmi rýchlo dosiahne rovnováha pri teplote nižšej ako pôvodná.
