Når to legemer, der har forskellige temperaturer, bringes i kontakt, giver den, der er varmere, en del af sin energi til den, der har mindre temperatur, til det punkt, hvor begge temperaturer er ens.
Denne situation er kendt som termisk ligevægt, og det er netop den tilstand, hvor temperaturerne i to legemer, der oprindeligt havde forskellige temperaturer, er ens. Når det sker med temperaturer, varmestrømmen er suspenderetog derefter er ligevægt nået.
Se også: Eksempler på varme og temperatur
Teoretisk set er termisk ligevægt grundlæggende i det, der er kendt som nul loven eller Nul princip om termodynamik, hvilket forklarer, at hvis to separate systemer er på samme tid i termisk ligevægt med et tredje system, er de i termisk ligevægt med hinanden. Denne lov er grundlæggende for hele termodynamikens disciplin, som er den gren af fysikken, der beskæftiger sig med beskrivelse af ligevægtstilstande på et makroskopisk niveau.
Ligningen, der giver anledning til kvantificering af mængden af varme, der udveksles i overførslerne mellem legemerne, har formen:
Q = M * C * AT
Hvor Q er mængden af varme udtrykt i kalorier, M er massen af den undersøgte krop, C er kroppens specifikke varme, og AT er temperaturforskellen.
I en ligevægtssituation bevarer massen og den specifikke varme deres oprindelige værdi, men temperaturforskellen bliver 0 fordi netop ligevægtssituationen, hvor der ikke er ændringer i temperaturen, blev defineret.
En anden vigtig ligning for ideen om termisk ligevægt er den, der søger at udtrykke den temperatur, som det samlede system vil have. Det accepteres, at når et system af N1-partikler, der er ved temperatur T1, kommer i kontakt med et andet system af N2-partikler, der er ved temperatur T2, opnås ligevægtstemperaturen med formlen:
(N1 * T1 + N2 * T2) / (N1 + N2).
På denne måde kan det ses, at når begge undersystemer har den samme mængde partikler, reduceres ligevægtstemperaturen til et gennemsnit mellem de to indledende temperaturer. Dette kan generaliseres for forhold mellem mere end to undersystemer.
Her er nogle eksempler på situationer, hvor termisk ligevægt opstår:
- Måling af kropstemperatur ved hjælp af et termometer fungerer på den måde. Den lange varighed, som termometeret skal have i kontakt med kroppen for virkelig at kunne kvantificere temperaturgraderne, skyldes netop den tid det tager at nå termisk ligevægt.
- Produkter, der sælges 'naturlige', kunne have passeret gennem et køleskab. Efter nogen tid uden for køleskabet, i kontakt med det naturlige miljø, nåede de imidlertid termisk ligevægt med det.
- Gletschernes varighed i havene og ved polerne er et særligt tilfælde af termisk ligevægt. Netop advarslerne om global opvarmning har meget at gøre med en stigning i temperaturen i havene og derefter en termisk ligevægt, hvor meget af den is smelter.
- Når en person kommer ud af badet, er de relativt kolde, fordi kroppen var kommet i ligevægt med det varme vand, og nu skal det komme i ligevægt med miljøet.
- Når du ønsker at køle en kop kaffe, tilføje kold mælk til den.
- Stoffer som smør er meget følsomme over for temperaturændringer, og med meget kort tid i kontakt med miljøet ved naturlig temperatur kommer de i ligevægt og smelter.
- Ved at lægge hånden på et koldt gelænder i en periode, bliver hånden koldere.
- En krukke med et kilo is smelter langsommere end en anden med et kvart kilo samme is. Dette er produceret af ligningen, hvor massen bestemmer egenskaberne for den termiske ligevægt.
- Når en isterning placeres i et glas vand, opstår der også en termisk ligevægt. Den eneste forskel er, at ligevægt indebærer en tilstandsændring, fordi den går gennem 100 ° C, hvor vandet går fra et fast stof til en væske.
- Tilsæt koldt vand til en hastighed af varmt vand, hvor ligevægt meget hurtigt nås ved en temperatur koldere end originalen.
