Lorsque deux corps qui sont à des températures différentes sont mis en contact, celui qui est le plus chaud cède une partie de son énergie à celui qui a le moins de température, au point où les deux températures sont égales.
Cette situation est connue sous le nom de équilibre thermique, et c'est précisément l'état dans lequel les températures de deux corps qui avaient initialement des températures différentes sont égales. Il arrive que lorsque les températures s'égalisent, le flux de chaleur est suspendu, puis la situation d'équilibre est atteinte.
Voir également: Exemples de chaleur et de température
Théoriquement, l'équilibre thermique est fondamental dans ce que l'on appelle la loi du zéro ou la Principe zéro de la thermodynamique, ce qui explique que si deux systèmes séparés sont en même temps en équilibre thermique avec un troisième système, ils sont en équilibre thermique l'un avec l'autre. Cette loi est fondamentale pour toute la discipline de la thermodynamique, qui est la branche de la physique qui traite de la description des états d'équilibre à un niveau macroscopique.
L'équation qui donne lieu à la quantification de la quantité de chaleur échangée dans les transferts entre les corps, a la forme:
Q = M * C * ΔT
Où Q est la quantité de chaleur exprimée en calories, M est la masse du corps à l'étude, C est la chaleur spécifique du corps et ΔT est la différence de température.
Dans une situation d'équilibre, la masse et la chaleur spécifique conservent leur valeur d'origine, mais la différence de température devient 0 car précisément la situation d'équilibre où il n'y a pas de changement de température a été définie.
Une autre équation importante pour l'idée d'équilibre thermique est celle qui cherche à exprimer la température qu'aura le système unifié. Il est admis que lorsqu'un système de particules N1, qui est à la température T1, entre en contact avec un autre système de particules N2 qui est à température T2, la température d'équilibre est obtenue par la formule:
(N1 * T1 + N2 * T2) / (N1 + N2).
De cette façon, on peut voir que lorsque les deux sous-systèmes ont la même quantité de particules, la température d'équilibre est réduite à une moyenne entre les deux températures initiales. Cela peut être généralisé pour les relations entre plus de deux sous-systèmes.
Voici quelques exemples de situations dans lesquelles l'équilibre thermique se produit:
- La mesure de la température corporelle à l'aide d'un thermomètre fonctionne de cette façon. La longue durée que le thermomètre doit avoir en contact avec le corps pour véritablement quantifier les degrés de température est due précisément au temps qu'il faut pour atteindre l'équilibre thermique.
- Les produits vendus «naturels» peuvent être passés dans un réfrigérateur. Cependant, après un certain temps hors du réfrigérateur, en contact avec le milieu naturel, ils ont atteint l'équilibre thermique avec celui-ci.
- La permanence des glaciers dans les mers et aux pôles est un cas particulier d'équilibre thermique. Justement, les avertissements concernant le réchauffement climatique ont beaucoup à voir avec une augmentation de la température des mers, puis un équilibre thermique où une grande partie de cette glace fond.
- Quand une personne sort du bain, elle a relativement froid parce que le corps est entré en équilibre avec l'eau chaude, et maintenant il doit entrer en équilibre avec l'environnement.
- Lorsque vous cherchez à refroidir une tasse de café, ajoutez-y du lait froid.
- Des substances telles que le beurre sont très sensibles aux changements de température, et avec un temps de contact très court avec l'environnement à température naturelle, elles s'équilibrent et fondent.
- En mettant la main sur une balustrade froide, pendant un certain temps, la main devient plus froide.
- Un pot avec un kilo de glace fondra plus lentement qu'un autre avec un quart de kilo de la même glace. Ceci est produit par l'équation dans laquelle la masse détermine les caractéristiques de l'équilibre thermique.
- Lorsqu'un glaçon est placé dans un verre d'eau, un équilibre thermique se produit également. La seule différence est que l'équilibre implique un changement d'état, car il passe par 100 ° C où l'eau passe d'un solide à un liquide.
- Ajoutez de l'eau froide à un débit d'eau chaude, où l'équilibre est atteint très rapidement à une température plus froide que l'original.
