Når to legemer som har forskjellige temperaturer settes i kontakt, gir den som er varmere en del av energien til den med lavere temperatur, til det punktet hvor begge temperaturene er like.
Denne situasjonen er kjent som termisk likevekt, og det er nettopp tilstanden der temperaturene til to legemer som opprinnelig hadde forskjellige temperaturer er like. Det hender at når temperaturene utjevnes, varmestrømmen er suspendert, og deretter er likevekt nådd.
Se også: Eksempler på varme og temperatur
Teoretisk sett er termisk likevekt grunnleggende i det som er kjent som nullloven eller Null prinsipp for termodynamikk, som forklarer at hvis to separate systemer er samtidig i termisk likevekt med et tredje system, er de i termisk likevekt med hverandre. Denne loven er grunnleggende for hele disiplinen termodynamikk, som er grenen av fysikk som handler om å beskrive likevektstilstander på et makroskopisk nivå.
Ligningen som gir opphav til kvantifisering av mengden varme som utveksles i overføringene mellom kroppene, har formen:
Q = M * C * AT
Der Q er mengden varme uttrykt i kalorier, M er massen til kroppen som studeres, C er kroppens spesifikke varme, og AT er temperaturforskjellen.
I en likevektssituasjon, beholder massen og den spesifikke varmen sin opprinnelige verdi, men temperaturforskjellen blir 0 fordi nettopp likevektssituasjonen der det ikke er noen temperaturendringer ble definert.
En annen viktig ligning for ideen om termisk likevekt er den som søker å uttrykke temperaturen som det enhetlige systemet vil ha. Det er akseptert at når et system av N1-partikler, som er ved temperatur T1, kommer i kontakt med et annet system av N2-partikler som er ved temperatur T2, oppnås likevektstemperaturen med formelen:
(N1 * T1 + N2 * T2) / (N1 + N2).
På denne måten kan man se det når begge delsystemene har samme mengde partikler, blir likevektstemperaturen redusert til et gjennomsnitt mellom de to innledende temperaturene. Dette kan generaliseres for forhold mellom mer enn to delsystemer.
Her er noen eksempler på situasjoner der termisk likevekt oppstår:
- Måling av kroppstemperatur ved hjelp av et termometer fungerer på den måten. Den lange varigheten som termometeret må ha i kontakt med kroppen for å virkelig kunne kvantifisere temperaturgrader, skyldes nettopp tiden det tar å oppnå termisk likevekt.
- Produkter som selges ‘naturlige’ kunne ha passert gjennom et kjøleskap. Men etter en stund utenfor kjøleskapet, i kontakt med det naturlige miljøet, nådde de termisk likevekt med det.
- Breenes varighet i havene og på polene er et spesielt tilfelle av termisk likevekt. Nettopp advarslene om global oppvarming har mye å gjøre med en økning i temperaturen i havene, og deretter en termisk likevekt der mye av den isen smelter.
- Når en person kommer ut av badingen, er han relativt kald fordi kroppen hadde kommet i likevekt med varmt vann, og nå må den komme i likevekt med miljøet.
- Når du ønsker å avkjøle en kopp kaffe, tilsett kald melk i den.
- Stoffer som smør er veldig følsomme for temperaturendringer, og med veldig kort tid i kontakt med miljøet ved naturlig temperatur, kommer de i likevekt og smelter.
- Ved å legge hånden på et kaldt rekkverk, for en stund, blir hånden kaldere.
- En krukke med en kilo is smelter langsommere enn en annen med en kvart kilo av den samme isen. Dette er produsert av ligningen der massen bestemmer egenskapene til den termiske likevekten.
- Når en isterning plasseres i et glass vann, oppstår også en termisk likevekt. Den eneste forskjellen er at likevekt innebærer en tilstandsendring, fordi den går gjennom 100 ° C der vannet går fra et fast stoff til en væske.
- Tilsett kaldt vann til en hastighet med varmt vann, hvor likevekt veldig raskt oppnås ved en temperatur kaldere enn originalen.
