عندما يكون التوازن توازنًا حراريًا: 9 حقائق


في الديناميكا الحرارية ، يوصي التوازن بحالة توازن فيما يتعلق بجميع الاختلافات الممكنة ، الحرارية والميكانيكية والكيميائية. يمكن للأداة أن تصف حالة التوازن الحراري بأنها حالة تكون فيها درجة حرارة النظام ثابتة أو موحدة

عندما لا يتعامل وسيطان في اتصال جسدي مع أي طاقة حرارية ، يكون هناك نظامان فيزيائيان في حالة توازن حراري إذا لم يكن هناك حصة صافية من الطاقة الحرارية بين الوسائط عندما يربطها ماص المسار بالحرارة. يتبع التوازن الحراري القانون الصفري للديناميكا الحرارية يعني أن مادتين في التوازن الحراري مفصلية عند نفس درجة الحرارة.

متى يكون النظام في حالة توازن حراري؟

يتطور التوازن الحراري عندما يرتبط جسمان أو جسمان ويمكنهما تبادل الطاقة بشكل مفتوح. تكون الأنظمة في حالة توازن حراري عندما يكون النظامان اللذان يحتويان على درجة الحرارة داخل النظام غير متغيرين وموحدين بشكل فعال لفترة قصيرة.

النظام في التوازن الديناميكي الحراري دائمًا في حالة توازن حراري ، لكن الانعكاس لا يكون دائمًا دقيقًا بشكل ثابت. لنفترض أن الارتباط بين الأنظمة يسمح باستخدام الطاقة كتغير في الطاقة الداخلية ولكنه لا يسمح بشحن الطاقة كعمل. في هذه الحالة ، قد يحقق النهجان التوازن الحراري بدون توازن ديناميكي حراري.

يبدأ التوازن الحراري بجسمين أو أكثر لهما درجات حرارة مختلفة. يوجد جسمان في محيط حراري ، مما يعني أن الحرارة قد تألمت من الجسم الأكثر دفئًا إلى الجسم الأكثر استرخاءً. في النهاية ، يكون جسمان في حالة توازن حراري أو متطابقان في درجة الحرارة ، ولا تتدفق الحرارة.

لماذا نظام في التوازن الحراري؟

النظام في حالة توازن حراري لأن الحرارة تبعث الطاقة من الحرارة الشديدة إلى درجة البرودة. عندما يتم استبعاد درجة الحرارة بين الجسمين ، يتم إغلاق الحرارة من البداية ، ثم يتم الكشف عن نظام أو ترتيب النظام في حالة توازن حراري. يشير التوازن الحراري أيضًا إلى أنه لن يكون هناك مكونات ممزقة داخل أو خارج النظام.

يحدث التوازن الحراري إذا كان الجهازان متصلان ببعضهما البعض ويمكنهما تحويل الطاقة بشكل طفيف. ثم تصبح الأنظمة هي الاستقرار الحراري بسبب عدم وجود اختلافات في درجات الحرارة. تظل درجة الحرارة معادلة للطريقة والسياق أو البيئة المحيطة.

على سبيل المثال ، إذا كان فنجان القهوة ساخنًا ، سيصبح باردًا بشكل دوري إذا تم إمساكه على الطاولة حيث سيكون هناك تبادل للحرارة بين القهوة الساخنة والبيئة. عندما يصل فنجان القهوة إلى درجة حرارة مماثلة لدرجة حرارة الغرفة ، لن يكون هناك انتقال للحرارة.

عندما يكون التوازن هو توازن حراري
كوب من القهوة الساخنة سيصبح باردًا بعد مرور بعض الوقت على صورة الائتمان: Pixabay

كيف هو نظام في التوازن الحراري؟

تنقل الحرارة الطاقة من درجة حرارة أعلى إلى درجة حرارة منخفضة. عندما تكون درجة الحرارة المرتفعة هذه وعدم ثبات درجة الحرارة غير الكافية ، فإن الحرارة تتواصل ، يتم وصف الترتيب على أنه التوازن الحراري. يشير التوازن الحراري أيضًا إلى أنه لا توجد أشياء تنتقل داخل النظام أو بدونه.

كل شيء عن الحركة التعسفية والارتجاج. يحتوي الجسم الساخن على جزيئات تسافر بطاقة حركية أعلى من البرد. افترض حدوث ارتجاج بين جزيئات مستقلة تنتقل بسرعة مع جزيئات تتحرك ببطء. هناك طريقة أفضل: الطريقة السريعة ستأتي عن طريق الصدمة التي تسافر بشكل أبطأ ، والطريقة البطيئة ستجلب السفر بشكل أسرع.

عندما يكون التوازن هو توازن حراري
يحتوي الجسم الساخن على جزيئات تسافر بطاقة حركية أعلى من البرد رصيد الصورة: pixabay

إنه ما يحدث ، من الناحية التحليلية ، مع عدد الجزيئات في مولات الأرقام التي تتدفق فيها الطاقة الحركية من الجسم الساخن إلى الجسم البارد على الجسم الذي حددناه للارتجاج المستقل الذي يتحول إلى موثوقية للنظام بأكمله. كلما زادت سرعة الجسيمات المرغوبة ، سوف تتباطأ لأنها توفر طاقة حركية أعلى مما تقبله من الجسيمات الأبطأ والأكثر برودة.

يتحقق التوازن الحراري في النهاية عندما يكون معدل تبادل الطاقة بين الجسمين متطابقًا ، أي لا تدفقات صافية على أي حال. يحدث ذلك عندما يكونون في نفس درجة الحرارة.

أين يحدث التوازن الحراري؟

تتم تسوية التوازن الحراري عندما تكون إحدى الأدوات على اتصال حراري مع الأداة الأخرى ، مما يعني أن التبادل الحراري يمكن أن يحدث بين الجهازين لتدفق الطاقة عن طريق الحرارة. إذا لم يتبادل ترتيبان الطاقة بشكل علني ، فلن يحققوا التوازن الحراري.

ضع في اعتبارك شيئين عند درجات حرارة متباينة. إحداها 40 درجة مئوية والأخرى 70 درجة مئوية ؛ بعد ذلك ، ستنتقل الحرارة من شيء بدرجة حرارة أعلى إلى الشيء بدرجة حرارة أقل. ستستمر الحرارة حتى يصل شيئين إلى نفس درجة الحرارة. عندما لا يكون هناك تدفق حراري بين شيئين عندما يحصلان على درجة حرارة مماثلة ، فإن هذه الحالة تسمى التوازن الحراري.

على سبيل المثال ، كتاب رياضيات يغرق في غرفة باردة وعرضة لأشعة الشمس في الصيف. ستكون هناك حرارة تجري من امتصاص الهواء إلى كتاب الرياضيات وتشتت عبر الشمس. لفترة من الوقت ، يحتوي كتاب الرياضيات على درجة حرارة مماثلة للبيئة ، ويطلق على النظام أن يكون في حالة توازن حراري.

عندما يكون التوازن هو توازن حراري
كتاب رياضيات يغرق في غرفة باردة رصيد الصورة: pixabay

كيف تعرف ما إذا كان التوازن في الاستقرار الحراري؟

تخيل أننا سافرنا طوال اليوم على دراجتنا ، ووصلنا في النهاية إلى خط النهاية ، وأوقفنا دراجتنا النارية. يجب أن يكون محركنا في درجة حرارة عالية جدًا. في وقت لاحق أوقفنا محركنا. يتم تبريد آلتنا عن طريق الهواء الجوي ، والذي يكون أكثر برودة عند ارتباطه بدرجة حرارة المحرك. في بعض اللحظات ، يصل محركنا إلى درجة حرارة الغلاف الجوي. من خلال هذا ، يمكننا أن نعرف أن التوازن في الاستقرار الحراري.

صور خالية من حركة المرور
السفر بالدراجة ليوم كامل رصيد الصورة: pixabay

على سبيل المثال، ذوبان الصخور تنبت من الجبل ، وسوف تنبعث منها الحرارة إلى البيئة حتى الصخور ، ويكون الغلاف الجوي عند درجة حرارة مماثلة. ثم نعلم أخيرًا أن النظام في حالة توازن حراري لأن اللحظة التي تصل فيها درجة حرارة الصخر إلى درجة حرارة هواء البيئة ، يُقال إنها توازن حراري.

افترض أن لدينا مقياس حرارة يستخدم لحساب درجة حرارة الجسم. لنفترض أن مقياس الحرارة يعطينا درجة حرارة أجسامنا المجددة عندما تكون درجة حرارة أجسامنا ثابتة. في هذه الحالة ، يمكننا أن نعرف أن التوازن في استقرار حراري.

ماذا يحدث لدرجة الحرارة عند التوازن الحراري؟

تقيم درجة الحرارة الطاقة الحركية المعتدلة للجزيئات أو الجزيئات في الوسط. ينص القانون الصفري للديناميكا الحرارية على عدم تبادل الحرارة بين جسمين في حالة توازن حراري ؛ وبالتالي ، فهي متشابهة في درجة الحرارة.

في حالة التوازن الحراري ، تكون درجة الحرارة ثابتة في جميع أنحاء النظام بأكمله - تغير في الضغط في أي نقطة من النظام في ذلك الوقت تقريبًا. لم يتغير دستور النظام مع مرور الوقت ؛ أي لا تحدث تفاعلات كيميائية. تصف خاصيتان محددتان بشكل كامل النظام القابل للسحق.

مقياس الحرارة يحسب درجة حرارته. جنبًا إلى جنب مع تجريدات التوازن الحراري والقانون الصفري للديناميكا الحرارية ، يمكننا القول أن مقياس الحرارة يحسب درجة حرارة الجسم ويبني الوعي لوصف أن جسمين في درجة حرارة مماثلة.

صور مجانية لميزان الحرارة
مقياس الحرارة يحسب صورة درجة حرارة الجسم: pixabay

ماذا يحدث لتدفق الطاقة الحرارية عند تحقيق التوازن؟

الحرارة هي شكل الطاقة ، والحرارة هي انتقال الطاقة من درجة حرارة أكثر أهمية إلى درجة حرارة أقل. عندما تستقر هاتان درجتا الحرارة ، تدور معوقات الطاقة ، ثم يتم نطق النظام ليكون في حالة توازن حراري. يشير التوازن الحراري أيضًا إلى عدم انتشار أي عنصر باتجاه النظام أو بعيدًا عنه.

ومن ثم فقد حققنا التوازن الحراري. لم يعد هناك نقل للطاقة بين الكيانين. لذلك فإن الكيانين في درجة حرارة نهائية مماثلة ، مما يعبر عن أن الطاقة الحركية المعتدلة للجزيئات في الكيانين هي نفسها الآن.

من بين تطور التوازن الحراري ، يتم تبادل الطاقة بين الكيانين. تتوافق كمية الحرارة المتبادلة دلتا Q مع الفرق في درجة الحرارة دلتا T بين الكيانات والطاقة أو احتمالية الحرارة ج للكيان.

صف سيناريو عندما يكون النظام في حالة توازن حراري؟

عندما يتلامس جهازان في التوازن الحراري ، فإن الأداة ستحول الطاقة الحرارية من الجهاز الأكثر دفئًا إلى الأداة الأكثر برودة. السيناريو المعتاد هو عندما يضرب شخص ما ، يبرد شعور الأداة الساخنة ، وتسخن الأداة المعقدة. إنها حصيلة مشاركة الطاقة الحرارية لأن الجسم في نفس درجة الحرارة التي يشعر بها الجهاز.

على سبيل المثال ، إذا اعتبرنا أن الجسمين قد جلسا بالكامل في حمام جليدي بدرجة صفر درجة مئوية لفترة طويلة. على الرغم من أنه إذا كان الكيانان في درجة حرارة متساوية تبلغ صفر درجة مئوية ، فيمكننا تحليل أن الكيانين في حالة توازن حراري مع بعضهما البعض.

وتأمل في سيناريو آخر لنظام في التوازن الحراري ؛ لنفترض أنه إذا كان هناك وعاء من الحليب من الثلاجة موجود على خزانة المطبخ ، فإن الكائنين على اتصال حراري. بعد ساعات كثيرة جدًا ، يجب أن تكون درجة حرارتها متساوية ، وكلاهما في حالة توازن حراري.

ما هي الشروط اللازمة للتوازن الحراري؟

هناك ثلاثة شروط ضرورية للتوازن الحراري وهي:

  1. يجب أن تكون درجة حرارة الجزء بأكمله من النظام متطابقة.
  2. يجب ألا تكون القوى الصافية غير المتوازنة على قطعة أو كل النظام.
  3. يجب ألا يكون هناك اختلافات بسبب التفاعل الكيميائي.

وأيضًا ، تعتمد الطاقة الحرارية على ثلاثة أشياء هناك على النحو التالي ؛

1. تعتمد الطاقة الحرارية على عدد الذرات أو الجزيئات في الأداة.

2. تعتمد الطاقة الحرارية على درجة حرارة الجهاز.

3. تعتمد الطاقة الحرارية أيضًا على تحضير ذرات أو جزيئات الأداة.

يحدث التوازن الحراري عندما يكون هناك كيانان على اتصال ويمكنهما بسهولة تبادل الطاقة. الكيانان في حالة توازن حراري ، ولن يكون هناك سوى درجة حرارة متساوية.

في الختام

فحصت هذه المقالة القانون الصفري للديناميكا الحرارية ، الذي يدرس تقييم أن الأجسام في نفس درجة الحرارة في حالة توازن حراري وأن صافي الحرارة المتبادلة بينهما يساوي صفرًا. قد نذكر القانون الصفري للديناميكا الحرارية على أنه "الأدوات في حالة توازن حراري عندما تكون في نفس درجة الحرارة".

ميغا BR

مرحبًا ، أنا Megha BR ، لقد أكملت ما بعد التخرج في فيزياء الحالة الصلبة ومتابعة B. Ed. أنا متحمس للفيزياء. ككاتبة أكاديمية ، هدفي هو الوصول إلى القراء بطريقة مبسطة من خلال مقالاتي. دعنا نتواصل من خلال LinkedIn-https: //www.linkedin.com/in/megha-br-08a129206

آخر المقالات