Почему объекты перестают остывать/терять тепло?

Когда два объекта/системы имеют одинаковую температуру, можно сказать, что они находятся в тепловом равновесии, а это означает, что между ними не будет чистого переноса тепла . Я не могу далее подчеркнуть, насколько важным здесь является слово сеть . Это означает, что теплопередача есть, но теплота, переданная от системы А к В, равна теплоте, переданной от системы В к А, поэтому они остаются при тех же температурах.

химическое равновесие с атмосферой.

Здесь термическое равновесие, а не химическое. Следовательно, в заключение, объект никогда не перестанет терять тепло, но перестанет терять чистое тепло, когда достигнет теплового равновесия с атмосферой.

Я хотел бы указать на то, что другие ответы замалчиваются (понятно, это небольшая деталь).

Как уже упоминалось; теплопередача пропорциональна разности температур. По мере остывания объекта; температура снижается и передается меньше тепла.

Так что рассмотрите процесс, как он разыгрывается. По мере приближения объекта к температуре окружающей среды он начинает меньше охлаждаться. Этот процесс фактически создает экспоненциальный спад; где температура горячего стакана приближается к значению температуры окружающей среды; но достигает его только через очень долгое время.

(Примечание: с обычными крупномасштабными инженерными моделями теплопередачи эта температура достигла бы этой температуры через бесконечное время, но могут быть эффекты более высокого порядка/микроскопические эффекты, которые могут сделать это неприменимым)

Таким образом, причина, по которой ваш объект не достигает абсолютного нуля, заключается в том, что охлаждение даже не достигает комнатной температуры очень быстро. Он может относительно быстро покрыть 99% расстояния; но скорость охлаждения будет продолжать замедляться по мере приближения к этому равновесию.

теплообмен осуществляется за счет разницы температур. как только ваш напиток остывает до температуры, равной температуре окружающей среды, теплопередача прекращается.

Охлаждение — это потеря тепла, и это тепло уходит куда-то еще (ваша рука вокруг чашки, теплый воздух, поднимающийся над напитком...). Другие предметы тоже теряют тепло, и любой из них может попасть в ваш напиток. Тепло никогда не исчезает (согласно второму закону термодинамики), поэтому неудивительно, что ваш напиток не приближается к абсолютному нулю. Другие предметы тоже теряют тепло, и любой из них может попасть в ваш напиток.

Температурный баланс в конечном итоге будет достигнут с любыми объектами, имеющими тепловую связь с напитком, что (по определению или «нулевой закон» термодинамики) означает нулевую разницу температур. Это не означает нулевую температуру, а скорее нулевой ожидаемый теплообмен (приток или потерю).

Основной причиной этого является вероятность. Ситуация, когда два объекта имеют одинаковую температуру, является наиболее вероятным состоянием системы при условии, что энергия всей системы (например, вашей комнаты) постоянна. Это макроскопическое состояние с максимальным числом микросостояний. Назовем это число кратностью$\Omega$.

Это число является произведением кратности чашки и кратности остальной части комнаты:$\Omega = \Omega_{cup} \times \Omega_r$. Кратности очень сильно зависят от внутренней энергии$E$. Когда чашка горячая, энергия передается в комнату, потому что незначительное увеличение$\Omega_r$больше, чем дробное уменьшение кратности стакана. Это делает, что общая$\Omega$увеличивается.

В конце концов будет достигнуто тепловое равновесие, наиболее вероятное макросостояние, состояние с наибольшей множественностью. Тогда дробные изменения$\Omega$чаши и комнаты равны и противоположны, когда между ними передается небольшое количество энергии. Например, когда кратность стакана увеличивается на один промилле, кратность помещения уменьшается на один промилле, оставляя максимальное произведение неизменным.

Вот что такое температура. Когда две системы имеют одинаковую температуру, они имеют одинаковое относительное изменение множественности с энергией.$\frac{1}{\Omega}\frac{{\rm d}\Omega}{{\rm d}E}$. При комнатной температуре это около 4 % на миллиэВ.

Для знатоков: с определением энтропии$S = k \ln\Omega$и$\frac{dS}{dE} = \frac{k}{\Omega} \frac{d\Omega}{dE} = \frac{1}{T}$мы признаем дробное изменение$\Omega$с энергией как термодинамическая бета (холод)$\beta = \frac{1}{kT} =\frac{1}{\Omega}\frac{{\rm d}\Omega}{{\rm d}E}$.