Када се два тела која су на различитим температурама дођу у контакт, оно вруће предаје део своје енергије ономе са мање температуре, до тачке када су обе температуре једнаке.
Ова ситуација је позната као топлотна равнотежа, а управо је стање у којем су температуре два тела која су у почетку имала различите температуре једнаке. Дешава се да како се температуре изједначе, проток топлоте је обустављен, и тада се постиже стање равнотеже.
Такође видети: Примери топлоте и температуре
Теоретски, топлотна равнотежа је фундаментална у ономе што је познато као Нулти закон или Нулти принцип термодинамике, што објашњава да ако су два одвојена система истовремено у топлотној равнотежи са трећим системом, они су у међусобној топлотној равнотежи. Овај закон је основни за целокупну дисциплину термодинамике, која је грана физике која се бави описивањем стања равнотеже на макроскопском нивоу.
Једначина која доводи до квантификације количине топлоте која се размењује у преносима између тела има облик:
К = М * Ц * ΔТ
Где је К количина топлоте изражена у калоријама, М је маса тела које се проучава, Ц је специфична топлота тела, а ΔТ је разлика у температури.
У а стање равнотеже, маса и специфична топлота задржавају своју првобитну вредност, али температурна разлика постаје 0 јер је тачно дефинисана равнотежна ситуација у којој нема промена температуре.
Друга важна једначина за идеју топлотне равнотеже је она која жели да изрази температуру коју ће обједињени систем имати. Прихваћено је да када систем Н1 честица, који је на температури Т1, дође у контакт са другим системом Н2 честица који је на температури Т2, равнотежна температура се добија по формули:
(Н1 * Т1 + Н2 * Т2) / (Н1 + Н2).
На овај начин се то види када оба подсистема имају исту количину честица, равнотежна температура се смањује на просек између две почетне температуре. Ово се може генерализовати за везе између више од два подсистема.
Ево неколико примера ситуација у којима долази до термичке равнотеже:
- Мерење телесне температуре помоћу термометра тако функционише. Дуго трајање које термометар мора имати у контакту са телом да би могао уистину да квантификује степене температуре управо је резултат времена потребног за постизање топлотне равнотеже.
- Производи који се продају „природно“ могли су да прођу кроз фрижидер. Међутим, после извесног времена изван фрижидера, у контакту са природним окружењем, постигли су топлотну равнотежу са њим.
- Трајност глечера у морима и на половима је посебан случај термичке равнотеже. Тачно, упозорења у вези са глобалним загревањем имају много везе са порастом температуре мора, а затим и топлотном равнотежом где се већи део тог леда топи.
- Када особа изађе из купања, релативно јој је хладно јер је тело дошло у равнотежу са топлом водом, а сада мора да дође у равнотежу са околином.
- Када желите да охладите шољу кафе, додајте јој хладно млеко.
- Супстанце као што је путер врло су осетљиве на промене температуре и врло кратким временом у контакту са околином на природној температури долазе у равнотежу и топе се.
- Стављањем руке на хладну ограду, неко време рука постаје хладнија.
- Тегла са килограмом сладоледа истопиће се спорије од друге са четврт килограма истог сладоледа. То се добија једначином у којој маса одређује карактеристике топлотне равнотеже.
- Када се коцка леда стави у чашу воде, долази и до топлотне равнотеже. Једина разлика је у томе што равнотежа подразумева промену стања, јер пролази кроз 100 ° Ц где вода прелази из чврсте у течност.
- Додајте хладну воду у стопу топле воде, где се равнотежа врло брзо постиже на температури хладнијој од првобитне.
