Was ist thermisches Gleichgewicht?
Ein thermisches Gleichgewicht wird erreicht, wenn zwei Objekte oder Systeme die gleiche Temperatur erreichen und den Energieaustausch durch Wärme einstellen. Wenn zwei Objekte zusammen platziert werden, verliert das Objekt mit mehr Wärmeenergie diese Energie an das Objekt mit weniger Wärmeenergie. Schließlich sind ihre Temperaturen gleich und sie hören auf, Wärmeenergie auszutauschen, da kein Objekt wärmer oder kühler als das andere ist. Zu diesem Zeitpunkt befinden sie sich im thermischen Gleichgewicht.
Wärmekontakt ist ein wichtiges Konzept in Bezug auf das thermische Gleichgewicht. Mehrere Systeme stehen in thermischem Kontakt, wenn sie die Temperaturen der anderen beeinflussen können. Wenn eine Flasche Soda aus dem Kühlschrank genommen und auf die Küchentheke gestellt wird, die Raumtemperatur hat, stehen die Theke und die Flasche Soda in thermischem Kontakt. Wärmeenergie von der Theke fließt in die kalte Flasche Soda. Schließlich werden ihre Temperaturen gleich sein und sie werden sich in einem thermischen Gleichgewicht befinden.
In thermischen Systemen mit Objekten in thermischem Kontakt fließt Wärme vom wärmeren Objekt, das mehr Wärmeenergie enthält, zum kühleren Objekt, das weniger Wärmeenergie enthält. Daher können Objekte und Systeme Wärme gewinnen oder verlieren. Sie können technisch gesehen jedoch keine Kälte gewinnen oder verlieren, da es keine separate „Kälteenergie“ gibt. In einem thermischen System verliert das wärmere Objekt Wärmeenergie an das kühlere Objekt, bis das Gleichgewicht erreicht ist.
Das Konzept des thermischen Gleichgewichts wird am häufigsten auf dem Gebiet der Chemie, insbesondere im Bereich der Thermodynamik, verwendet und untersucht. Thermodynamik wird in der Regel in Chemiekursen an Gymnasien auf einer Einführungsstufe unterrichtet, es ist jedoch ein sehr komplexes Thema, das den Schülern erst im fortgeschrittenen Chemie- und Physikunterricht am College vollständig erklärt wird.
Neben dem Platz im Labor spielt das thermische Gleichgewicht eine wichtige Rolle in der Natur. Chemische Systeme existieren in vielen lebenden und nicht lebenden Dingen in der Natur, und es ist sehr wichtig, diese Systeme in einem Gleichgewichtszustand zu halten. Im menschlichen Körper zum Beispiel sind Enzyme an unzähligen chemischen Reaktionen beteiligt, die für das Leben lebenswichtig sind. Enzyme werden jedoch unbrauchbar, wenn sie eine zu hohe oder zu niedrige Temperatur erreichen. Sie müssen in einem konstanten Gleichgewicht bleiben, um funktionsfähig zu bleiben, und sie müssen funktionsfähig bleiben, damit der menschliche Körper selbst funktioniert.