Уравновешивается ли теплота или температура уравновешивается?

скажем, у нас есть 2 элементы

Олово: Теплоемкость 226   Дж/кг°С

Магний: теплоемкость 1024   Дж/кг°С

Скажем, у меня есть 1   кг блок каждого элемента в 40 ° С , и я положил их касаясь друг друга.

В этом сценарии в блоке магния содержится больше тепловой энергии, потому что требуется больше тепла, чтобы поднять его температуру до 40   °С . Теперь вопрос, передается ли тепло блоку олова? Потому что на этом блоке меньше тепловой энергии? Или оба остаются одинаковыми, потому что оба имеют одинаковую температуру?

Вы живете на этой планете много лет. Что ваша интуиция говорит вам об ответе на этот вопрос?
@ChetMiller Вы много лет занимаетесь наукой. Что ваш опыт говорит вам о том, насколько наука заботится о нашей интуиции?
@candied_orange Если интуицию перефразировать как реальный жизненный опыт, наука очень заботится об экспериментальных данных.
@Poutnik Трудно построить аргумент, который нельзя сделать недействительным, когда другие его переформулируют. Я хотел сказать, что законы физики без колебаний нарушают нашу интуицию. Поэтому подозрения в отношении собственной интуиции при ее исследовании вполне оправданы.

Ответы (5)

Тепловое равновесие наступит, когда тела будут иметь одинаковую температуру.

В фундаментальном смысле потоки тепла увеличивают энтропию (показатель беспорядка) объединенной системы. Температуру можно определить как скорость, с которой внутренняя энергия увеличивается с увеличением энтропии (математически Т "=" ∂ U ∂ С ). Таким образом, там, где температура тел различна, энтропия может быть увеличена за счет передачи тепла от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой.

Мне нравится этот ответ, но «беспорядок» слишком двусмысленный и может легко привести к серьезным заблуждениям об энтропии.

Тепловое равновесие подразумевает равные температуры: температуру можно определить как обратную производную от энтропии по внутренней энергии:

1 Т "=" ( ∂ С ∂ Е ) В , Н ,
где С и Е обе функции государства . Затем можно показать для двух тел, которые изначально имеют температуру Т 1 , Т 2 и может обмениваться теплом , что общее увеличение энтропии будет:
Δ С "=" − ( г С г Е ) 1 Δ Е + ( г С г Е ) 2 Δ Е "=" ( 1 Т 2 − 1 Т 1 ) Δ Е .
То есть, если Т 1 > Т 2 , теплота будет перетекать от первого тела ко второму, так что общая энтропия возрастает (здесь Δ Е "=" Δ Е 2 "=" − Δ Е 1 "=" 0 ).

Таким образом, в термодинамическом равновесии чистый тепловой поток равен нулю, а температуры равны.

Однако теплообмен — не единственное средство, с помощью которого две системы могут прийти к тепловому равновесию — внутренняя энергия может быть изменена путем совершения работы (т. е. за счет макроскопического переноса энергии, тогда как тепло — это микроскопический перенос энергии), а также за счет обмена частицами. Таким образом, полное термодинамическое равновесие также требует дополнительных условий на давления, химические потенциалы и т. д.

Они оба остаются при одной и той же температуре, и тепло не течет. Тепло всегда течет от более высокой температуры к более низкой, а если температуры равны, то теплота не течет.

Этот факт используется в современных системах кондиционирования воздуха. Они используют только 1 кВт электроэнергии для производства 3-4 кВт тепловой мощности. Казалось бы, это нарушает законы физики! Хитрость в том, что наружный воздух, каким бы холодным он ни был, содержит в себе некоторую тепловую энергию. Если вы увеличите давление воздуха в какой-то раз, термодинамическая температура (Кельвин) также увеличится во столько же раз. Тепло от сжатого воздуха теперь будет передаваться в окружающую среду при более низкой температуре. Обратите внимание, что это упрощенное описание того, как на самом деле работают такие системы.

Такая же ситуация и с электрическими цепями. Представьте себе конденсатор, в котором емкость равна теплоемкости, а напряжение равно температуре. Ток течет от более высокого потенциала к более низкому потенциалу. Если вы соедините два конденсатора вместе, и если они изначально были при одном и том же напряжении, ток не будет течь, несмотря на то, что один конденсатор мог хранить больше энергии.

Теперь вопрос, передается ли тепло блоку олова? Потому что на этом блоке меньше тепловой энергии? Или оба остаются одинаковыми, потому что оба имеют одинаковую температуру?

Теплообмен отсутствует, и температура обоих блоков остается одинаковой. Причина отсутствия теплопередачи заключается в том, что тепло является передачей энергии исключительно за счет разницы температур. Если нет разницы температур, не может быть передачи энергии в виде тепла.

Важно не думать о тепловой энергии, содержащейся в блоках, как о тепле, даже если используется термин теплоемкость. Тепловая энергия, содержащаяся в обоих блоках, правильно называется внутренней энергией и обычно представляет собой некоторую комбинацию кинетической энергии (из-за молекулярного движения) и потенциальной энергии (из-за межмолекулярных сил).

Тот факт, что внутренняя энергия блока магния больше, чем внутренняя энергия блока олова, не имеет ничего общего с возможностью теплопередачи, для которой требуется разница температур. Он говорит нам , сколько тепла может передаваться при данной разнице температур.

Надеюсь это поможет.

Тепловое равновесие основано на температуре, а не на общей накопленной энергии (будь то тепловой или какой-либо другой).

Уравновешивается ли теплота или температура уравновешивается?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v