Fizică Termodinamică
Exercitii rezolvate principiul zero al termodinamicii
Principiul zero al termodinamicii afirmă că dacă două sisteme sunt în echilibru termic cu un al treilea, atunci ele sunt în echilibru termic între ele. Acest principiu definește temperatura și stă la baza măsurării ei. În exerciții, aplicăm acest principiu pentru a stabili echilibre termice și a calcula temperaturi.
Exercițiu 1: Temperatură de echilibru
- 1 Enunț Două corpuri cu masele m1=200g și m2=300g au temperaturile inițiale t1=80°C și t2=20°C. Dacă sunt puse în contact, care este temperatura finală de echilibru? Se neglijează pierderile de căldură.
- 2 Rezolvare Aplicăm ecuația bilanțului termic: căldura cedată = căldura primită. Qcedată = Qprimită. Folosim formula Q = m·c·Δt, unde c este căldura specifică (presupunem aceeași pentru ambele corpuri, de exemplu apă, c=4180 J/kg·K).
- 3 Calcul m1·c·(t1 - tf) = m2·c·(tf - t2). Simplificăm c: 0.2·(80 - tf) = 0.3·(tf - 20). Rezolvăm: 16 - 0.2tf = 0.3tf - 6 → 22 = 0.5tf → tf = 44°C.
Exercițiu 2: Verificare echilibru termic
- 1 Enunț Un termometru arată 25°C când este în contact cu un corp A. Același termometru arată 25°C și cu corpul B. Ce se poate spune despre corpuri?
- 2 Rezolvare Conform principiului zero, dacă A și B sunt în echilibru termic cu același al treilea sistem (termometrul), atunci A și B sunt în echilibru termic între ele.
- 3 Răspuns Corpurile A și B au aceeași temperatură, deci sunt în echilibru termic.
În exerciții, verifică întotdeauna dacă sistemele sunt izolate termic și aplică bilanțul termic.