عندما يتلامس جسمان في درجات حرارة مختلفة ، فإن الجسم الأكثر سخونة يتخلى عن جزء من طاقته إلى الجسم ذي درجة الحرارة المنخفضة ، إلى الحد الذي تتساوى فيه درجات الحرارة.
يُعرف هذا الموقف باسم توازن حراري، وهي بالتحديد الحالة التي تتساوى فيها درجات حرارة جسمين كان لهما درجات حرارة مختلفة في البداية. يحدث أنه عندما تتساوى درجات الحرارة ، تم تعليق تدفق الحرارة، ومن ثم يتم الوصول إلى حالة التوازن.
أنظر أيضا: أمثلة على الحرارة ودرجة الحرارة
من الناحية النظرية ، يعتبر التوازن الحراري أمرًا أساسيًا فيما يعرف بقانون الصفر أو قانون الصفر مبدأ الصفر للديناميكا الحرارية، وهو ما يفسر أنه إذا كان هناك نظامان منفصلان في نفس الوقت في حالة توازن حراري مع نظام ثالث ، فإنهما في حالة توازن حراري مع بعضهما البعض. يعتبر هذا القانون أساسيًا لمجال الديناميكا الحرارية بأكمله ، وهو فرع الفيزياء الذي يتعامل مع وصف حالات التوازن على المستوى العياني.
المعادلة التي تؤدي إلى تحديد كمية الحرارة التي يتم تبادلها في عمليات النقل بين الأجسام ، لها الشكل:
س = م * ج * Δ ت
حيث Q هي كمية الحرارة المعبر عنها بالسعرات الحرارية ، M هي كتلة الجسم قيد الدراسة ، C هي الحرارة النوعية للجسم ، و T هي الفرق في درجة الحرارة.
في حالة التوازن ، تحتفظ الكتلة والحرارة النوعية بقيمتها الأصلية ، لكن فرق درجة الحرارة يصبح 0 لأنه تم تحديد حالة التوازن على وجه التحديد حيث لا توجد تغييرات في درجة الحرارة.
معادلة مهمة أخرى لفكرة التوازن الحراري هي تلك التي تسعى للتعبير عن درجة الحرارة التي سيكون للنظام الموحد. من المقبول أنه عندما يتلامس نظام من جسيمات N1 ، والذي يكون عند درجة حرارة T1 ، مع نظام آخر من جسيمات N2 عند درجة حرارة T2 ، يتم الحصول على درجة حرارة التوازن بواسطة الصيغة:
(N1 * T1 + N2 * T2) / (N1 + N2).
بهذه الطريقة يمكن رؤية ذلك عندما يحتوي كلا النظامين الفرعيين على نفس كمية الجسيمات ، تنخفض درجة حرارة التوازن إلى متوسط بين درجتي الحرارة الأوليين. يمكن تعميم هذا للعلاقات بين أكثر من نظامين فرعيين.
فيما يلي بعض الأمثلة على المواقف التي يحدث فيها التوازن الحراري:
- يعمل قياس درجة حرارة الجسم باستخدام مقياس حرارة بهذه الطريقة. إن المدة الطويلة التي يجب أن يتلامس فيها مقياس الحرارة مع الجسم حتى يتمكن من تحديد درجات الحرارة حقًا ترجع تحديدًا إلى الوقت الذي يستغرقه الوصول إلى التوازن الحراري.
- المنتجات التي يتم بيعها "طبيعية" يمكن أن تمر عبر الثلاجة. ومع ذلك ، بعد فترة من الوقت خارج الثلاجة ، في اتصال مع البيئة الطبيعية ، وصلوا معها إلى التوازن الحراري.
- إن دوام الأنهار الجليدية في البحار وفي القطبين هو حالة خاصة من حالة التوازن الحراري. على وجه التحديد ، فإن التحذيرات المتعلقة بالاحترار العالمي لها علاقة كبيرة بزيادة درجة حرارة البحار ، ثم التوازن الحراري حيث يذوب الكثير من هذا الجليد.
- عندما يخرج الشخص من الاستحمام يكون باردًا نسبيًا لأن الجسم دخل في حالة توازن مع الماء الساخن ، والآن يجب أن يدخل في حالة توازن مع البيئة.
- عند البحث عن فنجان قهوة بارد ، إضافة الحليب البارد إليه.
- المواد مثل الزبدة حساسة جدًا للتغيرات في درجة الحرارة ، ومع وجود وقت قصير جدًا في ملامستها للبيئة عند درجة الحرارة الطبيعية ، فإنها تتوازن وتذوب.
- بوضع اليد على درابزين بارد لبعض الوقت ، تصبح اليد أكثر برودة.
- سوف تذوب جرة بها رطل من الآيس كريم أبطأ من الأخرى بربع رطل من نفس الآيس كريم. ينتج هذا عن طريق المعادلة التي تحدد فيها الكتلة خصائص التوازن الحراري.
- عندما يتم وضع مكعب ثلج في كوب من الماء ، يحدث أيضًا توازن حراري. والفرق الوحيد هو أن التوازن يعني تغيرًا في الحالة ، لأنه يمر عبر 100 درجة مئوية حيث ينتقل الماء من مادة صلبة إلى سائل.
- أضف الماء البارد إلى معدل الماء الساخن ، حيث يتم الوصول إلى التوازن بسرعة كبيرة عند درجة حرارة أبرد من الأصلية.
