In diesem Artikel wird das Thema „Thermisches Gleichgewicht finden“ kurz zusammengefasst. Im thermischen Gleichgewichtszustand findet keine Wärmeübertragung zwischen zwei sich berührenden Stoffen statt.
Aus dem nullten Hauptsatz der Thermodynamik erhalten wir ein klares Konzept über das thermische Gleichgewicht. Thermisches Gleichgewicht ist ein Zustand zwischen zwei Objekten, bei dem die Wärme nicht übertragen wird und die Objekte Kontakt miteinander haben. Die Temperatur für die beiden Objekte bleibt für den thermischen Gleichgewichtszustand gleich.
Ein sehr interessantes Konzept im Zusammenhang mit der Temperatur ist der Begriff thermisches Gleichgewicht. Zwei Stoffe befinden sich im thermischen Gleichgewichtszustand, wenn in einem geschlossenen System die Temperatur von den Objekten bis zum Erreichen des Gleichgewichtszustandes aufgenommen oder abgegeben wird, aber trotzdem keine Energie zwischen den beiden Stoffen übertragen wird. Genauso wie wenn die Substanzen nicht in Kontakt sind, bleiben sie auch im thermischen Gleichgewichtszustand, wenn wenn sie sich in Kontakt befinden, dennoch kein Energieaustausch zwischen zwei Substanzen stattfindet.
Beispiele für thermisches Gleichgewicht:-
Einige Beispiele für das thermische Gleichgewicht werden unten diskutiert,
- Messen der Temperatur des menschlichen Körpers mit einem Thermometer ist ein schönes Beispiel für thermisches Gleichgewicht. Wenn die Temperatur mit Hilfe des Thermometers überprüft wird, wird die Temperatur durch das Thermometer erhöht und nach einer bestimmten Zeit, wenn die Temperatur des Körpers und des Thermometers gleich wurde, wurde die Wärmeübertragung zwischen Körper und Thermometer gestoppt, was bedeutet, dass der Zustand den Gleichgewichtszustand erreicht.
- Plötzlich Hand in Eiswürfel stecken ist ein weiteres schönes Beispiel für thermisches Gleichgewicht. Wenn die Hand zu dieser Zeit in den Eiswürfel gelegt wird, beginnt die Temperatur zwischen Würfel und Hand zu Wärme übertragen und wenn die Temperatur zwischen Hand und Eiswürfel gleich wird, wird die Wärmeübertragung gestoppt, was bedeutet, dass der Zustand den Gleichgewichtszustand erreicht.
- Schmelzen eines Butterwürfels ist auch ein Beispiel für thermisches Gleichgewicht. Wenn ein Butterwürfel zu dieser Zeit in die natürliche Temperatur zwischen Würfel und Atmosphäre gelegt wird, versuchen Sie, die gleiche Temperatur zu erreichen, und beginnen Sie so, die Wärme zu übertragen, und wenn die Temperatur zwischen Atmosphäre und Butterwürfel gleich wird, wird die Wärmeübertragung gestoppt , bedeutet, dass der Zustand den Gleichgewichtszustand erreicht.
Wie finde ich das thermische Gleichgewicht?
Das thermische Gleichgewicht ist ein Zustand, in dem die Wärmeübertragung zweier Substanzen gestoppt wird, wenn ihre Temperatur den gleichen Punkt erreicht. Mit Hilfe dieser Formel wird das thermische Gleichgewicht bestimmt,
Woher,
Q = Gesamtenergie der spezifischen Materie des Körpers, ausgedrückt in Joule
m = Masse der spezifischen Materie des Körpers, ausgedrückt in Gramm
Ce = Spezifische Wärme der spezifischen Materie des Körpers, die in Joule pro Kelvin pro Kilogramm ausgedrückt wird
Δt = Temperatur der spezifischen Materie des Körpers, ausgedrückt in Kelvin.
Wenn der Wert der Masse einer Substanz und der spezifischen Wärme, der Temperatur gegeben ist, dann können wir leicht die Werte in …eqn(1) einsetzen, um den Wert des thermischen Gleichgewichts zu bestimmen.
Nun wird mit Hilfe eines numerischen Problems das thermische Gleichgewicht diskutiert,
Problem:
Damit die 40 Gramm Wasser die Temperatur von 45 Grad Celsius erreichen. Bestimmen Sie nun den Energiewert, bei dem das Wasser im thermischen Gleichgewichtszustand bleibt.
Lösung:-
In dem Problem gegebene Daten sind,
Masse des Wassers (m) = 40 Gramm
Die spezifische Wärme des Wassers ist Ce = 4.17 Joule pro Gramm Grad Celsius
Temperatur Δt = 45 Grad Celsius
Wir wissen, dass die Formel für das thermische Gleichgewicht lautet:
Q = mx Ce x Δt
Woher,
Q = Gesamtenergie der spezifischen Materie des Körpers
m = Masse der spezifischen Materie des Körpers
Ce= Spezifische Wärme der spezifischen Materie des Körpers
Δt = Temperatur der spezifischen Materie des Körpers
Jetzt setzen wir die Werte in die Gleichung ein,
Q = 40 x 4.17 x 45
Q = 7506 Joule.
Damit die 40 Gramm Wasser die Temperatur von 45 Grad Celsius erreichen. Der Energiewert, bei dem das Wasser bleibt thermisches Gleichgewicht Zustand ist 7506 Joule.
Wann ist das thermische Gleichgewicht zu finden?
Wenn zwei Objekte in Kontakt gebracht werden, wird Wärme (Energie) von einem zum anderen übertragen, bis sie die gleiche Temperatur erreichen (im thermischen Gleichgewicht sind). Wenn die Objekte die gleiche Temperatur haben, findet keine Wärmeübertragung statt.
Formel zur Berechnung des thermischen Gleichgewichts:
Wärme ist der Energiefluss von einer hohen Temperatur zu einer niedrigen Temperatur. Wenn sich diese Temperaturen ausgleichen, hört die Wärme auf zu fließen, dann befindet sich das System (oder die Gruppe von Systemen) im thermischen Gleichgewicht.
Die Formel für das thermische Gleichgewicht lautet
Q = mxCe x Δt
Woher,
Q = Gesamtenergie der spezifischen Materie des Körpers, ausgedrückt in Joule
m = Masse der spezifischen Materie des Körpers, ausgedrückt in Gramm
Ce= Spezifische Wärme der spezifischen Materie des Körpers, ausgedrückt in Joule pro Kelvin pro Kilogramm
Δt = Temperatur der spezifischen Materie des Körpers, ausgedrückt in Kelvin.
Wie findet man die Endtemperatur im thermischen Gleichgewicht?
Mit Hilfe von Zahlen wird die Endtemperatur im thermischen Gleichgewicht im Folgenden beschrieben,
Ein Eisenstück mit einer Masse von 220 Gramm. Die Temperatur des Eisenstücks beträgt 310 Grad Celsius. Angenommen, das Eisenstück hängt an einem Behälter, der mit Wasser gefüllt ist. Das Gewicht des Wassers beträgt 1.2 kg und die Temperatur beträgt 22 Grad Celsius.
Bestimmen Sie die Endtemperatur im thermischen Gleichgewicht für Wasser.
Lösung:-
Sei die Endtemperatur im thermischen Gleichgewicht für Wasser = T Grad Celsius.
Jetzt ändert sich die Temperatur,
Δt = TFinale - TAnfangs-
Wärmeänderung,
Q = mxCe x Δt
Die Wärmeänderung des Eisenstücks ist also
ΔQEisen = 220/1000 x 450 x (T – 310) J
ΔQEisen = 99 (T – 310) J
Nun ist die Wärmeänderung des Wassers
ΔQWasser = 1.20 x 4200 x (T – 22) J
ΔQWasser = 5040 (T – 22) J
Unter Verwendung des Energieerhaltungsgesetzes können wir schreiben,
∆QEisen+ ΔQWasser = 0
Setzen wir die Werte, die wir bekommen,
99 (T – 310) + 5040 (T – 22) = 0
99T – 30690 + 5040T – 110880 = 0
5138 T = 141570
T = 141570/5138
T = 27.5 Grad Celsius.
Ein Eisenstück mit einer Masse von 220 Gramm. Die Temperatur des Eisenstücks beträgt 310 Grad Celsius. Angenommen, das Eisenstück hängt an einem Behälter, der mit Wasser gefüllt ist. Das Gewicht des Wassers beträgt 1.2 kg und die Temperatur beträgt 22 Grad Celsius.
Die Endtemperatur im thermischen Gleichgewicht für Wasser beträgt 27.5 Grad Celsius.
Probleme: 1
Wie viel Energie wird benötigt, um die Temperatur von 55 Gramm Wasser auf 40 Grad Celsius zu erhöhen?
Lösung:-
Gegebene Daten sind,
Masse des Wassers (m) = 40 Gramm
Die spezifische Wärme des Wassers ist Ce = 4.17 Joule pro Gramm Grad Celsius
Temperatur ΔT = 55 Grad Celsius
Wir wissen, dass die Formel für das thermische Gleichgewicht lautet:
Q = mx Ce xΔT
Woher,
Q = Gesamtenergie der spezifischen Materie des Körpers
m = Masse der spezifischen Materie des Körpers
Ce = Spezifische Wärme der spezifischen Materie des Körpers
ΔT = Temperatur der spezifischen Körpermasse
Q = 40 x 4.17 x 55
Q = 9174 Joule.
9174 Joule Energie werden benötigt, um die Temperatur von 55 Gramm Wasser auf 40 Grad Celsius zu erhöhen.
Probleme: 2
Ramesh, ein Freund von Ratan, hat ein Hobby, Steine zu sammeln. Während Ramesh immer Steine sammelt, steinigt er sie in Behältern. Der Behälter besteht aus Metallaluminium. Das Gewicht des Behälters beträgt 15.2 Gramm. Natürlich beträgt die Temperatur für den Behälter etwa 36 Grad Celsius. Jetzt Ramesh in den Aluminiumbehälter kaltes Wasser gießen. Die Temperatur des Wassers beträgt 22 Grad Celsius und das Gewicht des Wassers beträgt 32 Gramm.
Bestimmen Sie die genaue Temperatur, bei der die Temperatur des Aluminiumbehälters und die Temperatur des kalten Wassers gleich sind.
Lösung: -
Wir wissen, dass die Formel für das thermische Gleichgewicht lautet:
Q = mx Ce xΔT
Woher,
Q = Gesamtenergie der spezifischen Materie des Körpers
m = Masse der spezifischen Materie des Körpers
Ce = Spezifische Wärme der spezifischen Materie des Körpers
ΔT = (Endtemperatur – Ausgangstemperatur) der spezifischen Körpermasse
Für Aluminium,
QA = mA * C.eA * ΔtA ………….. Gl. (1)
Gegebene Daten sind,
mA = 15.2 Gramm
CeA = 0.215 Kalorien pro Gramm Grad Celsius
ΔtA = (T.f - TiA) Grad Celsius = (Tf – 36) Grad Celsius
Für Wasser,
QW = mW * C.eW * ΔtW ………….. Gl. (1)
Gegebene Daten sind,
mW = 32 Gramm
CeW = 1 Kalorien pro Gramm Grad Celsius
ΔtW = (T.f - TiW) Grad Celsius = (Tf – 22) Grad Celsius
Nun, aus ………….. Gl. (1) und ………….. Gl. (2) können wir schreiben,
QA = mA * C.eA * ΔtA = (-) QW = (-) mW * C.eW * ΔtW
Setzt man den Wert aus Gl. (1) und Gl. (2),
15.2 x (0.215) x (Tf – 36) = (-) 32 x 1 x (Tf - 22)
(Setzen Sie den Wert für CeW = 1 Kalorien pro Gramm Grad Celsius
3.268 x (Tf – 36) = -32 (Tf - 22)
3.268 Tf – 117.648 = -32 Tf + 704
3.268 Tf + 32 Zf = 704 + 117.648
Tf = 704 + 117.648/35.268
Tf = 23.2 Grad Celsius
Ramesh, ein Freund von Ratan, hat ein Hobby, Steine zu sammeln. Während Ramesh immer Steine sammelt, steinigt er sie in Behältern. Der Behälter besteht aus Metallaluminium. Das Gewicht des Behälters beträgt 15.2 Gramm. Natürlich beträgt die Temperatur für den Behälter etwa 36 Grad Celsius. Jetzt Ramesh in den Aluminiumbehälter kaltes Wasser gießen. Die Temperatur des Wassers beträgt 22 Grad Celsius und das Gewicht des Wassers beträgt 32 Gramm.
Die genaue Temperatur, bei der die Temperatur des Aluminiumbehälters und die Temperatur des kalten Wassers gleich sind, beträgt 23.2 Grad Celsius.
Probleme: 3
Ein nicht näher bezeichnetes Metall wird im Labor eingelagert. Das Gewicht des nicht näher bezeichneten Metalls beträgt 6 Gramm. Nun werden dem nicht näher bezeichneten Metall 248.2 Joule Energie zugeführt. Die Temperatur des nicht näher bezeichneten Metalls steigt auf bis zu 116 Grad Celsius.
Bestimmen Sie nun die spezifische Wärmemenge für das nicht näher bezeichnete Metall.
Lösung:-
Gegebene Daten sind,
Masse des nicht näher bezeichneten Metalls (m) = 6 Gramm
berechnen müssen,
Spezifische Wärme für nicht spezifiziertes Metall Ce =? Joule pro Gramm Grad Celsius
Temperaturen ΔT = 116 Grad Celsius
Gesamtenergie des nicht näher bezeichneten Metalls (Q) = 248.2 Joule
Wir wissen, dass die Formel für das thermische Gleichgewicht lautet:
Q = mx Ce xΔT
Ce = Q/mΔT
Woher,
Q = Gesamtenergie der spezifischen Materie des Körpers
m = Masse der spezifischen Materie des Körpers
Ce= Spezifische Wärme der spezifischen Materie des Körpers
ΔT = Temperatur der spezifischen Körpermasse
Ce = 248.2 / 6ΔT
Ce= 248.2/6 x 116
Ce = 0.356 Joule pro Gramm Grad Celsius.
Ein nicht näher bezeichnetes Metall wird im Labor eingelagert. Das Gewicht des nicht näher bezeichneten Metalls beträgt 6 Gramm. Nun werden dem nicht näher bezeichneten Metall 248.2 Joule Energie zugeführt. Die Temperatur des nicht näher bezeichneten Metalls steigt auf bis zu 116 Grad Celsius. Die Menge an spezifischer Wärme für das nicht spezifizierte Metall beträgt 0.356 Joule pro Gramm Grad Celsius.
Fazit:
Zwei physikalische Systeme befinden sich im thermischen Gleichgewicht, wenn kein Nettofluss thermischer Energie zwischen ihnen stattfindet, wenn sie durch einen wärmedurchlässigen Pfad verbunden sind.
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- Beim Gleichgewicht handelt es sich um ein thermisches Gleichgewicht
- Beispiele für thermisches Gleichgewicht
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