ابحث عن التوازن الحراري: 7 حقائق مهمة يجب أن تعرفها


في هذه المقالة ، سيتم تلخيص موضوع "العثور على توازن حراري" بطريقة مختصرة. في حالة التوازن الحراري ، لا يتم نقل الحرارة بين مادتين موجودتين على اتصال.

من القانون الصفري للديناميكا الحرارية نحصل على مفهوم واضح عن التوازن الحراري. التوازن الحراري هو حالة بين كائنين حيث لا تنتقل درجات الحرارة ولا تتلامس الأجسام مع بعضها البعض. تظل درجة حرارة الجسمين متماثلة في حالة التوازن الحراري.

مفهوم مثير للاهتمام يتعلق بدرجة الحرارة ، المصطلح هو التوازن الحراري. توجد مادتان في حالة توازن حراري إذا كانت درجة الحرارة في نظام مغلق قد اكتسبت أو رفضت من قبل الكائنات حتى تصل إلى حالة التوازن على الرغم من ذلك ، فإن الطاقة لا تنتقل بين المادتين. كما هو الحال ، عندما لا تكون المواد على اتصال ، فإنها تظل أيضًا في حالة توازن حراري إذا كانت عند التلامس مع ذلك ، لا يتم تبادل الطاقة بين مادتين.

إيجاد التوازن الحراري
الصورة - تطوير التوازن الحراري في نظام مغلق بمرور الوقت من خلال أ تدفق الحرارة الذي يوزع الفروق في درجات الحرارة ؛
حقوق الصورة - ويكيبيديا

أمثلة على التوازن الحراري: -

نناقش بعض الأمثلة على التوازن الحراري أدناه ،

  1. قياس درجة حرارة جسم الإنسان بواسطة ميزان الحرارة هو مثال جيد للتوازن الحراري. عندما يتم فحص درجة الحرارة بمساعدة مقياس الحرارة ، يتم زيادة درجة الحرارة بواسطة مقياس الحرارة وبعد وقت معين عندما تصبح درجة حرارة الجسم ومقياس الحرارة متوقفين عن نفس انتقال الحرارة بين الجسم وميزان الحرارة ، وهذا يعني أن الحالة تصل إلى حالة التوازن.
  2. فجأة ضع يدك في مكعب ثلج مثال جيد آخر على التوازن الحراري. عند وضع اليد في مكعب الثلج في ذلك الوقت ، تبدأ درجة الحرارة بين المكعب واليد نقل الحرارة وعندما تصبح درجة الحرارة بين اليد ومكعب الثلج كما هي ، سيتوقف انتقال الحرارة ، مما يعني أن الحالة تصل إلى حالة التوازن.
  3. ذوبان مكعب الزبدة هو أيضا مثال على التوازن الحراري. عند وضع مكعب من الزبدة في الوضع الطبيعي في ذلك الوقت ، حاول أن تصل درجة الحرارة إلى نفس درجة الحرارة ، وبالتالي ابدأ في نقل الحرارة ، وعندما تصبح درجة الحرارة بين الغلاف الجوي ومكعب الزبدة كما هي ، سيتوقف انتقال الحرارة ، يعني أن الدولة تصل إلى حالة التوازن.

كيف تجد التوازن الحراري؟

التوازن الحراري هو حالة يتوقف فيها انتقال الحرارة لمادتين عندما تصل درجة حرارتهما إلى نفس النقطة. يتم تحديد التوازن الحراري بمساعدة هذه الصيغة ،

أين،

س = الطاقة الإجمالية للمادة المحددة للجسم والتي يتم التعبير عنها في الجول

م = كتلة المادة المحددة للجسم والتي يتم التعبير عنها بالجرام

Ce = حرارة نوعية للمادة المحددة للجسم والتي يتم التعبير عنها بالجول لكل كلفن لكل كيلوغرام

Δt = درجة حرارة المادة المحددة للجسم والتي يتم التعبير عنها بالكلفن.

إذا كانت قيمة كتلة مادة ما والحرارة النوعية ، يتم إعطاء درجة الحرارة ثم وضع القيم بسهولة في ... eqn (1) يمكننا تحديد قيمة التوازن الحراري.

الآن بمساعدة المشكلة العددية ، تتم مناقشة التوازن الحراري ،

المشكلة:

لتصل درجة حرارة 40 جرام من الماء إلى 45 درجة مئوية. حدد الآن قيمة الطاقة التي يبقى عندها الماء في حالة التوازن الحراري.

المحلول:-

في مشكلة البيانات المعطاة ،

كتلة الماء (م) = 40 جرام

الحرارة النوعية للماء هي Ce = 4.17 جول لكل جرام درجة مئوية

درجة الحرارة Δt = 45 درجة مئوية

نحن نعلم أن صيغة التوازن الحراري هي

س = م س جe x Δt

أين،

س = الطاقة الكلية للمادة المحددة للجسم

م = كتلة المادة المحددة للجسم

Ce= الحرارة النوعية للمادة المحددة للجسم

Δt = درجة حرارة المادة المحددة للجسم

الآن نضع القيم في المعادلة ،

Q = 40 × 4.17 × 45

س = 7506 جول.

لتصل درجة حرارة 40 جرام من الماء إلى 45 درجة مئوية. قيمة الطاقة التي يبقى الماء عندها توازن حراري الدولة 7506 جول.

متى تجد التوازن الحراري؟

عندما يتم وضع جسمين في حالة تلامس ، يتم نقل الحرارة (الطاقة) من أحدهما إلى الآخر حتى يصلان إلى نفس درجة الحرارة (يكونان في حالة توازن حراري). عندما تكون الأجسام في نفس درجة الحرارة لا يوجد انتقال للحرارة.

صيغة لحساب التوازن الحراري:

الحرارة هي تدفق الطاقة من درجة حرارة عالية إلى درجة حرارة منخفضة. عندما تتوازن درجات الحرارة هذه ، تتوقف الحرارة عن التدفق ، ويقال إن النظام (أو مجموعة الأنظمة) في حالة توازن حراري.

صيغة التوازن الحراري هي

س = م س جe x Δt

أين،

س = الطاقة الإجمالية للمادة المحددة للجسم والتي يتم التعبير عنها في الجول

م = كتلة المادة المحددة للجسم والتي يتم التعبير عنها بالجرام

Ce= الحرارة النوعية للمادة المحددة للجسم والتي يتم التعبير عنها بالجول لكل كلفن لكل كيلوغرام

Δt = درجة حرارة المادة المحددة للجسم والتي يتم التعبير عنها بالكلفن.

كيف تجد درجة الحرارة النهائية في التوازن الحراري؟

بمساعدة العددية ، يتم وصف درجة الحرارة النهائية في التوازن الحراري أدناه ،

قطعة حديد كتلتها 220 جرام. درجة حرارة قطعة الحديد 310 درجة مئوية. افترض أن قطعة الحديد متدلية في وعاء مملوء بالماء. وزن الماء 1.2 كيلوجرام ودرجة الحرارة 22 درجة مئوية.

تحديد درجة الحرارة النهائية في التوازن الحراري للماء.

المحلول:-

دعونا ، درجة الحرارة النهائية في التوازن الحراري للمياه = T درجة مئوية.

تغير الآن في درجة الحرارة ،

Δt = T.نهائي - تيفي البداية

تغير في الحرارة ،

س = م س جe x Δt

إذن ، التغير في حرارة قطعة الحديد هو ،

  Δ سحديد = 220/1000 × 450 × (T - 310) جي

  Δ سحديد = 99 (T - 310) ي

الآن ، التغير في حرارة الماء هو ،

Δ سماء = 1.20 × 4200 × (T - 22) جي

Δ سماء = 5040 (T - 22) ي

باستخدام قانون حفظ الطاقة يمكننا أن نكتب ،

سحديد+ Qماء = 0

وضع القيم التي نحصل عليها ،

99 (T - 310) + 5040 (T - 22) = 0

99 طن - 30690 + 5040 طن - 110880 = 0

5138 طن = 141570

تي = 141570/5138

T = 27.5 درجة مئوية.

قطعة حديد كتلتها 220 جرام. درجة حرارة قطعة الحديد 310 درجة مئوية. افترض أن قطعة الحديد متدلية في وعاء مملوء بالماء. وزن الماء 1.2 كيلوجرام ودرجة الحرارة 22 درجة مئوية.

درجة الحرارة النهائية في التوازن الحراري للماء هي 27.5 درجة مئوية.

المشكلة: 1

ما مقدار الطاقة المطلوبة لرفع درجة الحرارة إلى 55 درجة مئوية مقابل 40 جرامًا من الماء؟

المحلول:-

البيانات المعطاة هي ،

كتلة الماء (م) = 40 جرام

الحرارة النوعية للماء هي Ce = 4.17 جول لكل جرام درجة مئوية

درجة الحرارة ΔT = 55 درجة مئوية

نحن نعلم أن صيغة التوازن الحراري هي

س = م س جe س ΔT

أين،

س = الطاقة الكلية للمادة المحددة للجسم

م = كتلة المادة المحددة للجسم

Ce = الحرارة النوعية للمادة المحددة للجسم

Δ ت = درجة حرارة مادة معينة من الجسم

Q = 40 × 4.17 × 55

س = 9174 جول.

9174 طاقة جول مطلوبة لرفع درجة الحرارة لـ 55 درجة مئوية لـ 40 جرام من الماء.

المشكلة: 2

راميش صديق راتان لديه هواية في جمع الأحجار. وبينما كان راميش يجمع الحجارة كان يحجرها دائمًا في وعاء. الحاوية مصنوعة من معدن الألمنيوم. وزن العبوة 15.2 جرام. بطبيعة الحال درجة حرارة الحاوية حوالي 36 درجة مئوية. الآن راميش في وعاء الألمنيوم يصب الماء البارد. درجة حرارة الماء 22 درجة مئوية ووزن الماء 32 جرام.

حدد درجة الحرارة الدقيقة التي ستكون عندها درجة حرارة حاوية الألومنيوم ودرجة حرارة الماء البارد متساوية.

المحلول: -

نحن نعلم أن صيغة التوازن الحراري هي

س = م س جe س ΔT

أين،

س = الطاقة الكلية للمادة المحددة للجسم

م = كتلة المادة المحددة للجسم

Ce = الحرارة النوعية للمادة المحددة للجسم

Δ ت = (درجة الحرارة النهائية - درجة حرارة البداية) للمادة المحددة للجسم

للألمنيوم ،

QA = مA * جeA * ΔtA …………… .. eqn (1)

البيانات المعطاة هي ،

mA = 15.2 جرام

CeA  = 0.215 سعر حراري لكل جرام درجة مئوية

ΔtA = (تf - تيiA) الدرجة المئوية = (Tf - 36) درجة مئوية

للمياه ،

QW = مW * جeW * ΔtW …………… .. eqn (1)

البيانات المعطاة هي ،

mW = 32 جرام

CeW = 1 سعر حراري لكل جرام درجة مئوية

ΔtW = (تf - تيiW) الدرجة المئوية = (Tf - 22) درجة مئوية

الآن ، من ………… .. eqn (1) و ………… .. eqn (2) يمكننا الكتابة ،

QA = مA * جeA * ΔtA = (-) QW = (-) مW * جeW * ΔtW

وضع القيمة من eqn (1) و eqn (2) ،

15.2 × (0.215) × (T.f - 36) = (-) 32 × 1 × (T.f - 22)

(ضع قيمة CeW = 1 سعر حراري لكل جرام درجة مئوية

3.268 × (T.f - 36) = -32 (T.f - 22)

3.268 Tf - 117.648 = -32 تf + 704

3.268 Tf + 32 تf = 704 + 117.648

Tf = 704 + 117.648 / 35.268

Tf = 23.2 درجة مئوية

راميش صديق راتان لديه هواية في جمع الأحجار. وبينما كان راميش يجمع الحجارة كان يحجرها دائمًا في وعاء. الحاوية مصنوعة من معدن الألمنيوم. وزن العبوة 15.2 جرام. بطبيعة الحال درجة حرارة الحاوية حوالي 36 درجة مئوية. الآن راميش في وعاء الألمنيوم يصب الماء البارد. درجة حرارة الماء 22 درجة مئوية ووزن الماء 32 جرام.

درجة الحرارة الدقيقة التي عندها تكون درجة حرارة حاوية الألمنيوم ودرجة حرارة الماء البارد هي نفسها 23.2 درجة مئوية.

المشكلة: 3

يتم تخزين معدن غير محدد في المختبر. وزن المعدن غير المحدد 6 جرام. الآن يتم إضافة 248.2 جول من الطاقة إلى المعدن غير المحدد. ترتفع درجة حرارة المعدن غير المحدد لتصل إلى 116 درجة مئوية.

الآن ، حدد مقدار الحرارة النوعية للمعدن غير المحدد.

المحلول:-

البيانات المعطاة هي ،

كتلة المعدن غير المحدد (م) = 6 جرام

تحتاج لحساب ،

الحرارة النوعية لمعدن غير محدد Ce =؟ جول لكل جرام درجة مئوية

درجة الحرارة Δ ت = 116 درجة مئوية

إجمالي الطاقة للمعدن غير المحدد (Q) = 248.2 جول

نحن نعلم أن صيغة التوازن الحراري هي

س = م س جe س ΔT

Ce = س / مΔ ت

أين،

س = الطاقة الكلية للمادة المحددة للجسم

م = كتلة المادة المحددة للجسم

Ce= الحرارة النوعية للمادة المحددة للجسم

Δ ت = درجة حرارة مادة معينة من الجسم

Ce = 248.2 / 6Δ ت

Ce= 248.2 / 6 × 116

Ce = 0.356 جول لكل جرام درجة مئوية.

يتم تخزين معدن غير محدد في المختبر. وزن المعدن غير المحدد 6 جرام. الآن يتم إضافة 248.2 جول من الطاقة إلى المعدن غير المحدد. ترتفع درجة حرارة المعدن غير المحدد لتصل إلى 116 درجة مئوية. كمية الحرارة النوعية للمعدن غير المحدد هي 0.356 جول لكل جرام درجة مئوية.

الخلاصة:

المستوى الثاني⁧⁩ الأنظمة الفيزيائية تكون في حالة توازن حراري إذا لم يكن هناك تدفق صافٍ للطاقة الحرارية بينهما عندما تكون موصولة بمسار منفذ للحرارة.

إندراني بانيرجي

مرحباً .. أنا إندراني بانيرجي. أكملت درجة البكالوريوس في الهندسة الميكانيكية. أنا شخص متحمس وأنا شخص إيجابي حول كل جانب من جوانب الحياة. أحب قراءة الكتب والاستماع إلى الموسيقى. دعنا نتواصل من خلال LinkedIn-https: //www.linkedin.com/in/indrani-banerjee-2487b4214

آخر المقالات

رابط إلى هيكل وخصائص NaOH Lewis: 17 حقائق كاملة

هيكل وخصائص NaOH Lewis: 17 حقائق كاملة

هيدروكسيد الصوديوم عبارة عن قاعدة غير عضوية قوية ذات كتلة مولية 40 جم / مول. دعونا نناقش المزيد من هيدروكسيد الصوديوم في المقالة التالية. NaOH عبارة عن قاعدة معدنية قلوية ، لذا فإن طبيعة القاعدة قوية جدًا. إنه أيوني ...