теплове рівновагу

Про способи вимірювання температури ви дізналися. Але будь-яка фізична визначення цього поняття поки не дано. Називати температурою «ступінь нагретости» тіла явно некоректно: не ясно, що ж таке «ступінь нагретости». Для визначення температури потрібно ввести нове і дуже важливе поняття - теплова рівновага.

Щоб виміряти температуру тіла, слід потримати медичний термометр під пахвою 5-8 хв. За цей час ртуть в термометрі нагрівається і рівень її підвищується. По довжині стовпчика ртуті можна судити про температуру. Те ж саме відбувається при вимірюванні температури будь-якого тіла будь-яким термометром. Термометр ніколи не покаже температуру тіла відразу ж після того, як він стикнувся з ним. Необхідно деякий час для того, щоб температури тіла і термометра вирівняти і між ними встановилося теплова рівновага, при якому температура перестає змінюватися.

Теплове рівновагу з плином часу встановлюється між будь-якими тілами з різною температурою. Киньте в стакан з водою шматочок льоду і закрийте склянку щільною кришкою. Лід почне плавитися, а вода охолоджуватися. Коли лід розтане, вода стане нагріватися; після того як вона прийме температуру навколишнього повітря, ніяких змін всередині склянки з водою відбуватися не буде.

З цих та подібних їм простих спостережень можна зробити висновок про існування дуже важливого властивості теплових явищ. Тіло при незмінних зовнішніх умовах мимоволі переходить в стан теплового равновесія.Тепловим, або термодинамічним, рівновагою називають такий стан, при якому всі макроскопічні параметри як завгодно довго залишаються незмінними. Це означає, що не змінюються обсяг і тиск, не відбувається теплообмін, відсутні взаємні перетворення газів, рідин, твердих тіл і т. Д. Зокрема, не змінюється обсяг стовпчика ртуті в термометрі. Це означає, що температура системи залишається постійною.

Але мікроскопічні процеси всередині тіла не припиняються і при тепловій рівновазі. Змінюються положення молекул, їх швидкості при зіткненнях.

температура

Якщо яке-небудь тіло А (наприклад, вода в одній склянці, рис. 3.5, а) знаходиться в тепловій рівновазі з тілом С (термометр), а тіло В (вода в іншому стакані) теж знаходиться в рівновазі з тілом С, то тіла А та в також знаходяться в стані теплової рівноваги *. Якщо привести склянки в контакт (рис. 3.5, б), то ніяких змін з водою всередині них не відбудеться. Саме тому ми можемо порівнювати стану теплового рівноваги тіл, не наводячи їх у безпосередній контакт, і ввести поняття температури.

* Це твердження іноді називають «нульовим початком термодинаміки». «Дивний» номер з'явився тому, що лише після відкриття першого і другого почав (або законів) термодинаміки вченим стало ясно, що дане майже очевидне твердження треба поставити попереду

Не треба думати, що при будь-якому рівновагу тіл А з С і В з С тіла А і В обов'язково будуть в рівновазі *. Якщо опустити в розчин сірчаної кислоти мідний і цинковий стрижні, то через деякий час між розчином і стрижнем встановиться рівновага: розчинення стрижнів і осадження на них будь-яких речовин припиниться. Але між собою стрижні не будуть у рівновазі. Якщо з'єднати їх провідником, то по ньому піде електричний струм.

* Взагалі кажучи, ніколи заздалегідь не можна стверджувати, що відносини, що є між А і С і В і С, обов'язково будуть і між А і В. Так, якщо Коля любить Олену і Альоша любить Олену, то любити один одного Коля і Альоша не зобов'язані .

Ми говоримо, що тіла і Вімеют однакову температуру, якщо кожне з них знаходиться в тепловій рівновазі з тілом С (цим тілом може бути термометр). І навпаки, якщо тіла мають однакову температуру, то можна стверджувати, не наводячи їх у безпосередній контакт, що вони знаходяться в стані теплової рівноваги.

Термодинамічна система може знаходитися в різних станах теплового рівноваги. У кожному з цих станів температура має своє, строго певне значення. Інші величини в стані теплової рівноваги можуть мати різні (але постійні) значення. Так, наприклад, обсяги різних частин системи і тиску всередині них при наявності твердих перегородок можуть бути різними. Якщо ви внесете з вулиці м'яч, наповнений стисненим повітрям, то через деякий час температури повітря в м'ячі і кімнаті вирівняються. Тиск же повітря в м'ячі буде як і раніше більше тиску кімнатного повітря.

Температура характеризує стан теплової рівноваги макроскопічної системи: у всіх частинах системи, що знаходиться в стані теплової рівноваги, температура має одне і те ж значення.

При однакових температурах двох тіл між ними не відбувається теплообміну. Тіла знаходяться в стані теплової рівноваги. Якщо ж температури тел різні, то при встановленні між ними теплового контакту буде відбуватися обмін енергією. При цьому тіло з більшою температурою буде віддавати енергію тілу з меншою температурою. Різниця температур тел вказує напрямок теплообміну між ними.