Kad se dovedu u dodir dva tijela na različitim temperaturama, ono toplije daje dio svoje energije onom s nižom temperaturom, do tačke u kojoj su obje temperature jednake.
Ova situacija je poznata kao toplotna ravnoteža, a to je upravo stanje u kojem su temperature dvaju tijela koja su u početku imala različite temperature jednake. Dešava se da kako se temperature izjednače, protok toplote je obustavljen, a zatim se postiže ravnotežna situacija.
Pogledajte takođe: Primjeri topline i temperature
Teoretski, toplinska ravnoteža je fundamentalna u onome što je poznato kao nulti zakon ili Princip nulte termodinamike, što objašnjava da ako su dva odvojena sistema istovremeno u toplinskoj ravnoteži s trećim sistemom, oni su u toplinskoj ravnoteži jedan s drugim. Ovaj zakon je temelj čitave discipline termodinamike, koja je grana fizike koja se bavi opisivanjem stanja ravnoteže na makroskopskom nivou.
Jednačina koja dovodi do kvantificiranja količine topline koja se razmjenjuje u prijenosima između tijela ima oblik:
Q = M * C * ΔT
Gdje je Q količina topline izražena u kalorijama, M je masa tijela koje se ispituje, C je specifična toplina tijela, a ΔT razlika u temperaturi.
U U ravnotežnoj situaciji, masa i specifična toplina zadržavaju svoju izvornu vrijednost, ali temperaturna razlika postaje 0 jer je upravo definirana ravnotežna situacija u kojoj nema promjena temperature.
Druga važna jednadžba za ideju toplinske ravnoteže je ona koja nastoji izraziti temperaturu koju će jedinstveni sistem imati. Prihvaćeno je da kada sistem čestica N1, koji je na temperaturi T1, dođe u kontakt s drugim sistemom čestica N2 koji je na temperaturi T2, ravnotežna temperatura se dobiva formulom:
(N1 * T1 + N2 * T2) / (N1 + N2).
Na ovaj način se može vidjeti da kada oba podsistema imaju istu količinu čestica, ravnotežna temperatura se smanjuje na prosjek između dvije početne temperature. Ovo se može generalizirati za odnose između više od dva podsistema.
Evo nekoliko primjera situacija u kojima dolazi do toplinske ravnoteže:
- Mjerenje tjelesne temperature pomoću termometra funkcionira na taj način. Dugo trajanje koje termometar mora imati u dodiru s tijelom kako bi zaista kvantificirao stupnjeve temperature posljedica je upravo vremena koje je potrebno za postizanje toplinske ravnoteže.
- Proizvodi koji se prodaju „prirodno“ mogli su proći kroz hladnjak. Međutim, nakon nekog vremena izvan hladnjaka, u dodiru s prirodnim okolišem, s njim su postigli toplinsku ravnotežu.
- Postojanost glečera u morima i na polovima poseban je slučaj toplinske ravnoteže. Tačno, upozorenja u vezi s globalnim zagrijavanjem imaju mnogo veze s povećanjem temperature mora, a zatim i s toplinskom ravnotežom u kojoj se veći dio tog leda topi.
- Kad osoba izađe iz kupanja, relativno joj je hladno jer je tijelo došlo u ravnotežu s toplom vodom, a sada mora doći u ravnotežu s okolinom.
- Kada želite da ohladite šolju kafe, dodajte joj hladno mleko.
- Tvari poput maslaca vrlo su osjetljive na promjene temperature i s vrlo kratkim vremenom u kontaktu s okolinom na prirodnoj temperaturi dolaze u ravnotežu i tope se.
- Stavljanjem ruke na hladnu ogradu, na neko vrijeme, ruka postaje hladnija.
- Tegla sa kilogramom sladoleda topiće se sporije od druge sa četvrt kilograma istog sladoleda. To nastaje jednadžbom u kojoj masa određuje karakteristike toplinske ravnoteže.
- Kada se kocka leda stavi u čašu vode, dolazi i do toplinske ravnoteže. Jedina razlika je u tome što ravnoteža podrazumijeva promjenu stanja jer prolazi kroz 100 ° C gdje voda prelazi iz krutog u tekuće stanje.
- Toploj vodi dodajte hladnu vodu, gdje se ravnoteža vrlo brzo postiže na temperaturi hladnijoj od izvorne.
