Transfer de căldură (energie) și echilibru termic - Fizică 298

„Nu știu cu ce arme se va lupta al treilea război mondial, dar cel de-al 4-lea război mondial se va lupta cu bețe și pietre”.

echilibru

Albert Einstein

  • Așa cum am văzut în legea zero a termodinamicii, când două obiecte sunt plasate în contact, căldura (energia) este transferată de la unul la altul până când ating aceeași temperatură (sunt în echilibru termic). Când obiectele sunt la aceeași temperatură nu există transfer de căldură.
  • Deoarece căldura este o formă de energie, aceasta poate fi măsurată în Jouli. Din punct de vedere istoric, deoarece se credea că căldura este o formă separată de energie, termodinamica a fost dezvoltată folosind o unitate de energie unică pentru căldură - caloria. Relația dintre juli și calorii este cunoscută sub numele de echivalența mecanică a căldurii,

1 kcal = Căldură necesară pentru a crește 1 kg de apă la 1 0 C

Unitatea termică britanică (Btu), încă în uz în SUA, este definită în mod similar cu caloriile, dar folosind unități britanice,

1 Btu = Căldură necesară pentru a ridica 1 lb de apă prin 1 0 F

  • Având în vedere aceste definiții, cantitatea de căldură necesară pentru a modifica temperatura unei mase, m de este dată de,
  • Capacitatea de căldură a unui obiect, C, este definită de,
  • Cunoașterea căldurilor specifice și/sau a capacităților de căldură și faptul că energia trebuie conservată ne permite să determinăm temperatura de echilibru a două obiecte inițial la temperaturi diferite cerând că,
  • Pentru majoritatea substanțelor există trei „faze” - solid, lichid și gazos. În timpul unei faze, se schimbă structura (nu compoziția) substanței.
    • De obicei, într-un solid, atomii sau moleculele compozite sunt aranjate într-o structură rigidă de rețea - fiecare atom sau moleculă este fixată în mare parte în spațiu.
    • Când substanța se topește transformându-se într-un lichid, structura rețelei se descompune și fiecare atom/moleculă este liber să se deplaseze prin spațiul ocupat de lichid, dar substanța menține încă o suprafață definită.
    • La vaporizarea substanței nu mai are o suprafață definită, atomii/moleculele se comportă ca un gaz, având foarte puține interacțiuni între ele.