In questo articolo, l'argomento "trovare l'equilibrio termico" riassumerà brevemente. Nello stato di equilibrio termico il calore non è trasferimento tra due sostanze che si trovano a contatto.
Dalla legge zero della termodinamica otteniamo un chiaro concetto di equilibrio termico. L'equilibrio termico è una condizione tra due oggetti in cui il calore non si trasferisce e gli oggetti entrano in contatto tra loro. La temperatura per i due oggetti rimane la stessa per la condizione di equilibrio termico.
Una concezione molto interessante relativa alla temperatura il termine è equilibrio termico. Due sostanze si trovano nello stato di equilibrio termico se in un sistema chiuso la temperatura viene guadagnata o rifiutata dagli oggetti fino a raggiungere lo stato di equilibrio, nonostante ciò l'energia non viene trasferita tra le due sostanze. Allo stesso modo, quando le sostanze non sono a contatto rimangono anche in uno stato di equilibrio termico se quando sono poste a contatto tuttavia l'energia non viene scambiata tra due sostanze.
Esempi di equilibrio termico:-
Alcuni esempi dell'equilibrio termico sono discussi di seguito,
- Misurare la temperatura del corpo umano con il termometro è un bell'esempio di equilibrio termico. Quando la temperatura viene esaminata con l'aiuto del termometro, la temperatura viene guadagnata dal termometro e dopo un certo tempo in cui la temperatura del corpo e del termometro è diventata la stessa, il trasferimento di calore tra il corpo e il termometro si è interrotto, significa che lo stato raggiunge la condizione di equilibrio.
- Improvvisamente metti la mano nel cubetto di ghiaccio è un altro bell'esempio di equilibrio termico. Quando la mano viene messa nel cubetto di ghiaccio in quel momento, la temperatura tra il cubetto e la mano inizia a salire trasferire il calore e quando la temperatura tra la mano e il cubetto di ghiaccio diventa la stessa, il trasferimento di calore si interrompe, significa che lo stato raggiunge la condizione di equilibrio.
- Sciogliere un cubetto di burro è anche esempio di equilibrio termico. Quando un cubetto di burro viene messo in ambiente naturale in quel momento la temperatura tra il cubo e l'atmosfera cerca di raggiungere la stessa temperatura, quindi inizia a trasferire il calore, e quando la temperatura tra l'atmosfera e il cubetto di burro diventa la stessa, il trasferimento di calore si interrompe , significa che lo stato raggiunge la condizione di equilibrio.
Come trovare l'equilibrio termico?
L'equilibrio termico è uno stato in cui il trasferimento di calore di due sostanze si interrompe quando la loro temperatura raggiunge lo stesso punto. L'equilibrio termico è determinato dall'aiuto di questa formula,
Dove,
Q = Energia totale della materia specifica del corpo espressa in Joule
m = Massa della materia specifica del corpo espressa in grammi
Ce = Calore specifico della materia specifica del corpo che è espressa in joule per Kelvin per chilogrammo
Δt = Temperatura della materia specifica del corpo espressa in Kelvin.
Se si dà il valore della massa di una sostanza e del calore specifico, la temperatura, mettendo facilmente i valori in …eqn(1) possiamo determinare il valore dell'equilibrio termico.
Ora con l'aiuto del problema numerico viene discusso l'equilibrio termico,
Problema:
Affinché i 40 grammi di acqua raggiungano la temperatura di 45 gradi centigradi. Determinare ora il valore dell'energia a cui l'acqua rimane allo stato di equilibrio termico.
Soluzione:-
Nel problema i dati forniti sono,
Massa dell'acqua (m) = 40 grammi
Il calore specifico per l'acqua è Ce = 4.17 Joule per grammo grado centigrado
Temperatura Δt = 45 gradi centigradi
Sappiamo che la formula per l'equilibrio termico è,
Q = mx Ce xΔt
Dove,
Q = Energia totale della materia specifica del corpo
m = Massa della materia specifica del corpo
Ce= Calore specifico della materia specifica del corpo
Δt = Temperatura della materia specifica del corpo
Ora mettiamo i valori nell'equazione,
Q = 40 x 4.17 x 45
Q = 7506 joule.
Affinché i 40 grammi di acqua raggiungano la temperatura di 45 gradi centigradi. Il valore di energia a cui l'acqua rimane equilibrio termale lo stato è 7506 Joule.
Quando trovare l'equilibrio termico?
Quando due oggetti vengono posti a contatto il calore (energia) viene trasferito dall'uno all'altro fino a raggiungere la stessa temperatura (sono in equilibrio termico). Quando gli oggetti sono alla stessa temperatura non c'è trasferimento di calore.
Formula per calcolare l'equilibrio termico:
Il calore è il flusso di energia da un'alta temperatura a una bassa temperatura. Quando queste temperature si equilibrano, il calore smette di fluire, quindi il sistema (o l'insieme di sistemi) si dice in equilibrio termico.
La formula per l'equilibrio termico è
Q = mx Ce x Δt
Dove,
Q = Energia totale della materia specifica del corpo espressa in Joule
m = Massa della materia specifica del corpo espressa in grammi
Ce= Calore specifico della materia specifica del corpo espresso in joule per Kelvin per chilogrammo
Δt = Temperatura della materia specifica del corpo espressa in Kelvin.
Come si trova la temperatura finale in equilibrio termico?
Con l'aiuto di numeri la temperatura finale in equilibrio termico è descritta di seguito,
Un pezzo di ferro la cui massa è di 220 grammi. La temperatura del pezzo di ferro è di 310 gradi centigradi. Supponiamo che il pezzo di ferro sia chino su un contenitore pieno d'acqua. Il peso dell'acqua è di 1.2 kg e la temperatura sarà di 22 gradi centigradi.
Determinare la temperatura finale in equilibrio termico per l'acqua.
Soluzione:-
Sia la temperatura finale in equilibrio termico per l'acqua = T grado centigrado.
Ora cambia la temperatura,
∆t = Tfinale - Tinizialmente
cambiamento di calore,
Q = mx Ce x Δt
Quindi, la variazione di calore del pezzo di ferro è,
∆Qferro = 220/1000 x 450 x (T – 310)J
∆Qferro = 99 (T – 310)J
Ora, il cambiamento nel calore dell'acqua è,
∆Qacqua = 1.20 x 4200 x (T – 22) J
∆Qacqua = 5040 (T – 22)J
Usando la legge di conservazione dell'energia possiamo scrivere,
∆Qferro+ ΔQacqua = 0
Mettendo i valori che otteniamo,
99 (T – 310) + 5040 (T – 22) = 0
99 T – 30690 + 5040 T – 110880 = 0
5138 tonnellate = 141570
T = 141570/5138
T = 27.5 gradi centigradi.
Un pezzo di ferro la cui massa è di 220 grammi. La temperatura del pezzo di ferro è di 310 gradi centigradi. Supponiamo che il pezzo di ferro sia chino su un contenitore pieno d'acqua. Il peso dell'acqua è di 1.2 kg e la temperatura sarà di 22 gradi centigradi.
La temperatura finale in equilibrio termico dell'acqua è di 27.5 gradi centigradi.
Problema: 1
Quanta energia è necessaria per aumentare la temperatura di 55 gradi centigradi per 40 grammi di acqua?
Soluzione:-
Dati dati sono,
Massa dell'acqua (m) = 40 grammi
Il calore specifico per l'acqua è Ce = 4.17 Joule per grammo grado centigrado
Temperatura ΔT = 55 gradi centigradi
Sappiamo che la formula per l'equilibrio termico è,
Q = mx Ce x ΔT
Dove,
Q = Energia totale della materia specifica del corpo
m = Massa della materia specifica del corpo
Ce = Calore specifico della materia specifica del corpo
AT = Temperatura della materia specifica del corpo
Q = 40 x 4.17 x 55
Q = 9174 joule.
L'energia 9174 Joule è necessaria per aumentare la temperatura di 55 gradi centigradi per i 40 grammi di acqua.
Problema: 2
Ramesh, amico di Ratan, ha l'hobby di collezionare pietre. Mentre Ramesh raccoglie pietre, le lapida sempre in contenitori. Il contenitore è realizzato in metallo alluminio. Il peso del contenitore è di 15.2 grammi. Naturalmente la temperatura del contenitore è di circa 36 gradi centigradi. Ora Ramesh nel contenitore di alluminio versare acqua fredda. La temperatura dell'acqua sarà di 22 gradi centigradi e il peso dell'acqua sarà di 32 grammi.
Determinare la temperatura esatta alla quale, la temperatura del contenitore di alluminio e la temperatura dell'acqua fredda saranno le stesse.
Soluzione: –
Sappiamo che la formula per l'equilibrio termico è,
Q = mx Ce x ΔT
Dove,
Q = Energia totale della materia specifica del corpo
m = Massa della materia specifica del corpo
Ce = Calore specifico della materia specifica del corpo
AT = (Temperatura finale – Temperatura di partenza) della materia specifica del corpo
Per l'alluminio,
QA = mA * CeA * ΔtA ………….. eq (1)
Dati dati sono,
mA = 15.2 grammi
CeA = 0.215 calorie per grammo grado centigrado
ΔtA = (tf - TiA) grado centigrado = (Tf – 36) grado centigrado
Per l'acqua,
QW = mW * CeW * ΔtW ………….. eq (1)
Dati dati sono,
mW = 32 grammi
CeW = 1 calorie per grammo grado centigrado
ΔtW = (tf - TiW) grado centigrado = (Tf – 22) grado centigrado
Ora, da………….. eqn (1) e ………….. eqn (2) possiamo scrivere,
QA = mA * CeA * ΔtA = (-) QW = (-) mW * CeW * ΔtW
Inserendo il valore da eqn (1) ed eqn (2),
15.2 x (0.215) x (Tf – 36) = (-) 32 x 1 x (Tf - 22)
(Mettere il valore per CeW = 1 calorie per grammo grado centigrado
3.268 x (tf – 36) = -32 (Tf - 22)
3.268 Tf – 117.648 = -32 tf + 704
3.268 Tf + 32 tf = 704 + 117.648
Tf = 704 + 117.648/35.268
Tf = 23.2 gradi centigradi
Ramesh, amico di Ratan, ha l'hobby di collezionare pietre. Mentre Ramesh raccoglie pietre, le lapida sempre in contenitori. Il contenitore è realizzato in metallo alluminio. Il peso del contenitore è di 15.2 grammi. Naturalmente la temperatura del contenitore è di circa 36 gradi centigradi. Ora Ramesh nel contenitore di alluminio versare acqua fredda. La temperatura dell'acqua sarà di 22 gradi centigradi e il peso dell'acqua sarà di 32 grammi.
La temperatura esatta alla quale, la temperatura del contenitore di alluminio e la temperatura dell'acqua fredda saranno le stesse è di 23.2 gradi centigradi.
Problema: 3
Un metallo non specificato viene conservato in laboratorio. Il peso del metallo non specificato è di 6 grammi. Ora l'energia di 248.2 Joule viene aggiunta al metallo non specificato. La temperatura del metallo non specificato è aumentata fino a 116 gradi centigradi.
Ora, determina la quantità di calore specifico per il metallo non specificato.
Soluzione:-
Dati dati sono,
Massa del metallo non specificato (m) = 6 grammi
Necessità di calcolare,
Calore specifico per metallo non specificato Ce =? Joule per grammo grado centigrado
Temperatura AT = 116 gradi centigradi
Energia totale del metallo non specificato (Q) = 248.2 Joule
Sappiamo che la formula per l'equilibrio termico è,
Q = mx Ce x ΔT
Ce = Q/mAT
Dove,
Q = Energia totale della materia specifica del corpo
m = Massa della materia specifica del corpo
Ce= Calore specifico della materia specifica del corpo
AT = Temperatura della materia specifica del corpo
Ce = 248.2 / 6AT
Ce= 248.2/6 x 116
Ce = 0.356 Joule per grammo grado centigrado.
Un metallo non specificato viene conservato in laboratorio. Il peso del metallo non specificato è di 6 grammi. Ora l'energia di 248.2 Joule viene aggiunta al metallo non specificato. La temperatura del metallo non specificato è aumentata fino a 116 gradi centigradi. La quantità di calore specifico per il metallo non specificato è 0.356 Joule per grammo grado centigrado.
Conclusione:
Due sistemi fisici sono in equilibrio termico se non c'è flusso netto di energia termica tra di loro quando sono collegati da un percorso permeabile al calore.
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