Wanneer twee lichamen met verschillende temperaturen met elkaar in contact worden gebracht, geeft degene die heter is een deel van zijn energie af aan degene met een lagere temperatuur, tot het punt waarop beide temperaturen gelijk zijn.
Deze situatie staat bekend als thermisch evenwicht, en het is precies de toestand waarin de temperaturen van twee lichamen die aanvankelijk verschillende temperaturen hadden, gelijk zijn. Het gebeurt dat als de temperatuur gelijk wordt, warmtestroom wordt opgeschort, en dan is de evenwichtssituatie bereikt.
Zie ook: Voorbeelden van warmte en temperatuur
Theoretisch is thermisch evenwicht fundamenteel in wat bekend staat als de nulwet of de Nul principe van thermodynamica, wat verklaart dat als twee afzonderlijke systemen tegelijkertijd in thermisch evenwicht zijn met een derde systeem, ze in thermisch evenwicht met elkaar zijn. Deze wet is fundamenteel voor de hele discipline van de thermodynamica, de tak van de fysica die zich bezighoudt met het beschrijven van evenwichtstoestanden op macroscopisch niveau.
De vergelijking die aanleiding geeft tot de kwantificering van de hoeveelheid warmte die wordt uitgewisseld bij de overdrachten tussen de lichamen, heeft de vorm:
Q = M * C * AT
Waar Q de hoeveelheid warmte is uitgedrukt in calorieën, M is de massa van het lichaam dat wordt bestudeerd, C is de soortelijke warmte van het lichaam en ΔT is het verschil in temperatuur.
In een evenwichtssituatie, de massa en soortelijke warmte behouden hun oorspronkelijke waarde, maar het temperatuurverschil wordt 0 omdat juist de evenwichtssituatie waarin er geen temperatuurveranderingen zijn, werd gedefinieerd.
Een andere belangrijke vergelijking voor het idee van thermisch evenwicht is degene die probeert de temperatuur uit te drukken die het verenigde systeem zal hebben. Aangenomen wordt dat wanneer een systeem van N1-deeltjes, dat zich op temperatuur T1 bevindt, in contact wordt gebracht met een ander systeem van N2-deeltjes dat zich op temperatuur T2 bevindt, de evenwichtstemperatuur wordt verkregen door de formule:
(N1 * T1 + N2 * T2) / (N1 + N2).
Op deze manier is dat te zien wanneer beide subsystemen hetzelfde aantal deeltjes hebben, wordt de evenwichtstemperatuur teruggebracht tot een gemiddelde tussen de twee begintemperaturen. Dit kan worden gegeneraliseerd voor relaties tussen meer dan twee subsystemen.
Hier zijn enkele voorbeelden van situaties waarin thermisch evenwicht optreedt:
- Zo werkt het meten van de lichaamstemperatuur met een thermometer. De lange duur die de thermometer in contact met het lichaam moet hebben om de temperatuurgraden echt te kunnen kwantificeren, is precies te wijten aan de tijd die nodig is om een thermisch evenwicht te bereiken.
- Producten die ‘natuurlijk’ worden verkocht, kunnen door de koelkast zijn gegaan. Na enige tijd buiten de koelkast, in contact met de natuurlijke omgeving, bereikten ze er echter een thermisch evenwicht mee.
- De duurzaamheid van gletsjers in de zeeën en aan de polen is een bijzonder geval van thermisch evenwicht. Juist, de waarschuwingen over de opwarming van de aarde hebben veel te maken met een stijging van de temperatuur van de zeeën, en dan een thermisch evenwicht waarbij veel van dat ijs smelt.
- Wanneer een persoon uit het baden komt, heeft hij het relatief koud omdat het lichaam in evenwicht is gekomen met het hete water, en nu moet het in evenwicht komen met de omgeving.
- Als je een kop koffie wilt koelen, voeg er dan koude melk aan toe.
- Stoffen zoals boter zijn erg gevoelig voor temperatuurveranderingen, en met een zeer korte tijd in contact met de omgeving bij natuurlijke temperatuur, komen ze in evenwicht en smelten ze.
- Door de hand een tijdje op een koude reling te leggen, wordt de hand kouder.
- Een potje met een kilo ijs smelt langzamer dan een ander met een kwart kilo van hetzelfde ijsje. Dit wordt veroorzaakt door de vergelijking waarin de massa de kenmerken van het thermisch evenwicht bepaalt.
- Wanneer een ijsblokje in een glas water wordt geplaatst, treedt ook een thermisch evenwicht op. Het enige verschil is dat evenwicht een verandering van toestand impliceert, omdat het door 100 ° C gaat, waar het water van een vaste stof naar een vloeistof gaat.
- Voeg koud water toe aan een snelheid van heet water, waarbij het evenwicht zeer snel wordt bereikt bij een temperatuur die kouder is dan het origineel.
