In dit artikel zal het onderwerp "thermisch evenwicht vinden" in het kort worden samengevat. In de toestand van thermisch evenwicht is de warmte geen overdracht tussen twee stoffen die in contact staan.
Uit de nulde wet van de thermodynamica krijgen we een duidelijk concept over het thermisch evenwicht. Thermisch evenwicht is een toestand tussen twee objecten waarbij de warmte niet wordt overgedragen en objecten contact met elkaar hebben. De temperatuur voor de twee objecten blijft hetzelfde voor de thermische evenwichtstoestand.
Een zeer interessante opvatting met betrekking tot temperatuur, de term is thermisch evenwicht. Twee stoffen bevinden zich in de staat van thermisch evenwicht als in een gesloten systeem de temperatuur door de objecten wordt gewonnen of afgewezen totdat ze de evenwichtstoestand hebben bereikt, ondanks dat er geen energie wordt overgedragen tussen de twee stoffen. Hetzelfde geldt als, wanneer de stoffen niet in contact zijn, ze ook in de thermische evenwichtstoestand blijven als wanneer ze in contact zijn, toch de energie niet wordt uitgewisseld tussen twee stoffen.
Voorbeelden van thermisch evenwicht: -
Enkele voorbeelden van het thermisch evenwicht worden hieronder besproken,
- De temperatuur van het menselijk lichaam meten met een thermometer is een mooi voorbeeld van thermisch evenwicht. Wanneer de temperatuur wordt onderzocht met behulp van een thermometer, wordt de temperatuur door de thermometer bereikt en na een bepaalde tijd dat de temperatuur van het lichaam en de thermometer dezelfde warmteoverdracht tussen het lichaam en de thermometer werd, stopte de toestand, waardoor de toestand tot een evenwichtstoestand kwam.
- Plotseling hand in ijsblokje steken is een ander mooi voorbeeld van thermisch evenwicht. Wanneer de hand op dat moment in het ijsblokje wordt geplaatst, begint de temperatuur tussen de kubus en de hand te stijgen de warmte overbrengen en wanneer de temperatuur tussen hand en ijsblokje hetzelfde werd, stopt de warmteoverdracht, wat betekent dat de toestand de evenwichtstoestand bereikt.
- Smelten van een boterklontje is ook een voorbeeld van thermisch evenwicht. Wanneer een klontje boter op dat moment in de natuurlijke temperatuur tussen het blokje en de atmosfeer wordt geplaatst, probeer dan dezelfde temperatuur te bereiken, dus begin de warmte over te dragen, en wanneer de temperatuur tussen de atmosfeer en het klontje boter hetzelfde wordt, stopt de warmteoverdracht , betekent dat de toestand de evenwichtstoestand bereikt.
Hoe het thermisch evenwicht te vinden?
Het thermisch evenwicht is een toestand waarin de warmteoverdracht van twee stoffen stopt wanneer hun temperatuur hetzelfde punt bereikt. Het thermisch evenwicht wordt bepaald met behulp van deze formule,
Waar,
Q = Totale energie van de specifieke materie van het lichaam uitgedrukt in Joule
m = Massa van de specifieke materie van het lichaam uitgedrukt in gram
Ce = Specifieke hitte van de specifieke materie van het lichaam die wordt uitgedrukt in joule per Kelvin per kilogram
Δt = Temperatuur van de specifieke materie van het lichaam die wordt uitgedrukt in Kelvin.
Als de waarde van massa van een stof en soortelijke warmte, temperatuur wordt gegeven, dan kunnen we eenvoudig de waarden in ... eqn(1) plaatsen, we kunnen de waarde van thermisch evenwicht bepalen.
Nu wordt met behulp van een numeriek probleem het thermisch evenwicht besproken,
probleem:
Om de 40 gram water de temperatuur van 45 graden Celsius te laten bereiken. Bepaal nu de waarde van energie waarbij het water in thermische evenwichtstoestand blijft.
Oplossing:-
In het probleem gegeven gegevens zijn,
Massa van het water (m) = 40 gram
Specifieke warmte voor het water is Ce = 4.17 Joule per gram graad Celsius
Temperatuur Δt = 45 graden Celsius
We weten dat de formule voor thermisch evenwicht is,
Q = mx Ce x t
Waar,
Q = Totale energie van de specifieke materie van het lichaam
m = massa van de specifieke materie van het lichaam
Ce= Specifieke warmte van de specifieke materie van het lichaam
Δt = Temperatuur van de specifieke materie van het lichaam
Nu zetten we de waarden in de vergelijking,
Q = 40 x 4.17 x 45
Q = 7506 Joule.
Om de 40 gram water de temperatuur van 45 graden Celsius te laten bereiken. De waarde van energie waarbij het water blijft thermisch evenwicht staat is 7506 Joule.
Wanneer Thermisch evenwicht vinden?
Wanneer twee objecten met elkaar in contact worden gebracht, wordt warmte (energie) van de ene naar de andere overgedragen totdat ze dezelfde temperatuur bereiken (in thermisch evenwicht zijn). Als de objecten dezelfde temperatuur hebben, is er geen warmteoverdracht.
Formule om thermisch evenwicht te berekenen:
Warmte is de stroom van energie van een hoge temperatuur naar een lage temperatuur. Wanneer deze temperaturen in evenwicht zijn, stopt de warmte met stromen, en dan zou het systeem (of de reeks systemen) in thermisch evenwicht zijn.
De formule voor thermisch evenwicht is,
Q = mx Ce x t
Waar,
Q = Totale energie van de specifieke materie van het lichaam uitgedrukt in Joule
m = Massa van de specifieke materie van het lichaam uitgedrukt in gram
Ce= Soortelijke warmte van de specifieke materie van het lichaam die wordt uitgedrukt in joule per Kelvin per kilogram
Δt = Temperatuur van de specifieke materie van het lichaam die wordt uitgedrukt in Kelvin.
Hoe vind je de eindtemperatuur in thermisch evenwicht?
Met behulp van numeriek wordt de uiteindelijke temperatuur in thermisch evenwicht hieronder beschreven,
Een stuk ijzer met een massa van 220 gram. De temperatuur van het ijzeren stuk is 310 graden Celsius. Stel dat het stuk ijzer neerhangt bij een bak die gevuld is met water. Het gewicht van het water is 1.2 kg en de temperatuur zal 22 graden Celsius zijn.
Bepaal de eindtemperatuur in thermisch evenwicht voor water.
Oplossing:-
Laat, de eindtemperatuur in thermisch evenwicht voor water = T graad Celsius.
Verander nu in temperatuur,
Δt = Tfinale - Teerste
Verandering in warmte,
Q = mx Ce x t
Dus, verandering in warmte van een stuk van het strijkijzer is,
Qijzer = 220/1000 x 450 x (T – 310) J
Qijzer = 99 (T – 310) J
Nu, verandering in warmte van water is,
Qwater = 1.20 x 4200 x (T – 22) J
Qwater = 5040 (T – 22) J
Met behulp van de wet van behoud van energie kunnen we schrijven:
Qijzer+ AQwater = 0
De waarden die we krijgen,
99 (T – 310) + 5040 (T – 22) = 0
99T – 30690 + 5040T – 110880 = 0
5138 T = 141570
T = 141570/5138
T = 27.5 graden Celsius.
Een stuk ijzer met een massa van 220 gram. De temperatuur van het ijzeren stuk is 310 graden Celsius. Stel dat het stuk ijzer neerhangt bij een bak die gevuld is met water. Het gewicht van het water is 1.2 kg en de temperatuur zal 22 graden Celsius zijn.
De eindtemperatuur in thermisch evenwicht voor water is 27.5 graden Celsius.
Probleem: 1
Hoeveel energie is er nodig om de temperatuur te laten stijgen tot 55 graden Celsius voor de 40 gram water?
Oplossing:-
Gegeven gegevens zijn,
Massa van het water (m) = 40 gram
Specifieke warmte voor het water is Ce = 4.17 Joule per gram graad Celsius
Temperatuur (T = 55 graden Celsius)
We weten dat de formule voor thermisch evenwicht is,
Q = mx Ce x T
Waar,
Q = Totale energie van de specifieke materie van het lichaam
m = massa van de specifieke materie van het lichaam
Ce = Specifieke warmte van de specifieke materie van het lichaam
AT = Temperatuur van de specifieke materie van het lichaam
Q = 40 x 4.17 x 55
Q = 9174 joule.
9174 Joule-energie is nodig om de temperatuur te laten stijgen tot 55 graden Celsius voor de 40 gram water.
Probleem: 2
Ramesh, een vriend van Ratan, heeft als hobby stenen te verzamelen. Terwijl Ramesh stenen verzamelt, stenigt hij ze altijd in een container. De container is gemaakt van metaal aluminium. Het gewicht van de container is 15.2 gram. Uiteraard is de temperatuur voor de container ongeveer 36 graden Celsius. Nu Ramesh in de aluminium container koud water gieten. De temperatuur van het water zal 22 graden Celsius zijn en het gewicht van het water is 32 gram.
Bepaal de exacte temperatuur waarbij de temperatuur van de aluminium container en de temperatuur van het koude water hetzelfde zullen zijn.
Oplossing: -
We weten dat de formule voor thermisch evenwicht is,
Q = mx Ce x T
Waar,
Q = Totale energie van de specifieke materie van het lichaam
m = massa van de specifieke materie van het lichaam
Ce = Specifieke warmte van de specifieke materie van het lichaam
AT = (Eindtemperatuur - Begintemperatuur) van de specifieke materie van het lichaam
Voor aluminium,
QA = mA * ceA * ΔtA ………….. vgl (1)
Gegeven gegevens zijn,
mA = 15.2 gram
CeA = 0.215 calorie per gram graad Celsius
ΔtA = (Tf - TiA) graden Celsius = (Tf – 36) graden Celsius
Voor water,
QW = mW * ceW * ΔtW ………….. vgl (1)
Gegeven gegevens zijn,
mW = 32 gram
CeW = 1 calorie per gram graad Celsius
ΔtW = (Tf - TiW) graden Celsius = (Tf – 22) graden Celsius
Nu, van………….. vgl (1) en ………….. vgl (2) kunnen we schrijven,
QA = mA * ceA * ΔtA = (-) QW = (-) mW * ceW * ΔtW
De waarde van eqn (1) en eqn (2) zetten,
15.2 x (0.215) x (Tf – 36) = (-) 32 x 1 x (Tf - 22)
(Zet de waarde voor CeW = 1 calorie per gram graad Celsius
3.268x (Tf – 36) = -32 (Tf - 22)
3.268 tandenf – 117.648 = -32 tonf + 704
3.268 tandenf + 32 Tf = 704 + 117.648
Tf = 704 + 117.648/35.268
Tf = 23.2 graden Celsius
Ramesh, een vriend van Ratan, heeft als hobby stenen te verzamelen. Terwijl Ramesh stenen verzamelt, stenigt hij ze altijd in een container. De container is gemaakt van metaal aluminium. Het gewicht van de container is 15.2 gram. Uiteraard is de temperatuur voor de container ongeveer 36 graden Celsius. Nu Ramesh in de aluminium container koud water gieten. De temperatuur van het water zal 22 graden Celsius zijn en het gewicht van het water is 32 gram.
De exacte temperatuur waarbij de temperatuur van de aluminium container en de temperatuur van het koude water hetzelfde zullen zijn, is 23.2 graden Celsius.
Probleem: 3
Een niet-gespecificeerd metaal wordt in het laboratorium opgeslagen. Het gewicht van het niet gespecificeerde metaal is 6 gram. Nu wordt 248.2 Joule-energie toegevoegd aan het niet-gespecificeerde metaal. De temperatuur van het niet-gespecificeerde metaal stijgt tot 116 graden Celsius.
Bepaal nu de hoeveelheid soortelijke warmte voor het niet-gespecificeerde metaal.
Oplossing:-
Gegeven gegevens zijn,
Massa van het niet-gespecificeerde metaal (m) = 6 gram
Moet berekenen,
Specifieke warmte voor niet-gespecificeerd metaal Ce =? Joule per gram graad Celsius
Temperatuur zone(s) AT = 116 graden Celsius
Totale energie van het niet-gespecificeerde metaal (Q) = 248.2 Joule
We weten dat de formule voor thermisch evenwicht is,
Q = mx Ce x T
Ce = Q/mAT
Waar,
Q = Totale energie van de specifieke materie van het lichaam
m = massa van de specifieke materie van het lichaam
Ce= Specifieke warmte van de specifieke materie van het lichaam
AT = Temperatuur van de specifieke materie van het lichaam
Ce = 248.2 / 6AT
Ce= 248.2/6 x 116
Ce = 0.356 Joule per gram graad Celsius.
Een niet-gespecificeerd metaal wordt in het laboratorium opgeslagen. Het gewicht van het niet gespecificeerde metaal is 6 gram. Nu wordt 248.2 Joule-energie toegevoegd aan het niet-gespecificeerde metaal. De temperatuur van het niet-gespecificeerde metaal stijgt tot 116 graden Celsius. De hoeveelheid soortelijke warmte voor het niet-gespecificeerde metaal is 0.356 Joule per gram graad Celsius.
Conclusie:
Twee fysieke systemen zijn in thermisch evenwicht als er geen netto stroom van thermische energie tussen hen is wanneer ze verbonden zijn door een pad dat doorlaatbaar is voor warmte.
Lees ook:
Hallo..Ik ben Indrani Banerjee. Ik heb mijn bachelor werktuigbouwkunde afgerond. Ik ben een enthousiast persoon en ik ben een persoon die positief is over elk aspect van het leven. Ik hou van boeken lezen en naar muziek luisteren.