Ketika dua benda yang berada pada suhu berbeda melakukan kontak, benda yang lebih panas menyerahkan sebagian energinya ke benda dengan suhu lebih rendah, ke titik di mana kedua suhu sama.
Situasi ini dikenal sebagai kesetimbangan termal, dan justru keadaan di mana suhu dua benda yang awalnya memiliki suhu berbeda adalah sama. Kebetulan saat suhu menyamakan, aliran panas ditangguhkan, dan kemudian situasi ekuilibrium tercapai.
Lihat juga: Contoh Panas dan Suhu
Secara teoritis, kesetimbangan termal adalah fundamental dalam apa yang dikenal sebagai Hukum Nol atau Prinsip nol termodinamika, yang menjelaskan bahwa jika dua sistem terpisah berada pada saat yang sama dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, keduanya berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain. Hukum ini fundamental bagi seluruh disiplin termodinamika, yang merupakan cabang fisika yang berhubungan dengan penjelasan keadaan kesetimbangan pada tingkat makroskopis.
Persamaan yang memunculkan kuantifikasi jumlah panas yang dipertukarkan dalam transfer antar benda, memiliki bentuk:
Q = M * C * ΔT
Di mana Q adalah jumlah panas yang dinyatakan dalam kalori, M adalah massa tubuh yang diteliti, C adalah panas jenis tubuh, dan ΔT adalah perbedaan suhu.
Di sebuah Dalam situasi kesetimbangan, massa dan kalor jenis mempertahankan nilai aslinya, tetapi perbedaan suhu menjadi 0 karena tepatnya situasi kesetimbangan di mana tidak ada perubahan suhu telah ditentukan.
Persamaan penting lainnya untuk gagasan kesetimbangan termal adalah persamaan yang berusaha menyatakan suhu yang akan dimiliki sistem terpadu. Diterima bahwa ketika sistem partikel N1 pada suhu T1 bersentuhan dengan sistem partikel N2 lain pada suhu T2, suhu kesetimbangan diperoleh dengan rumus:
(N1 * T1 + N2 * T2) / (N1 + N2).
Dengan cara ini, dapat dilihat bahwa ketika kedua subsistem memiliki jumlah partikel yang sama, suhu kesetimbangan dikurangi menjadi rata-rata antara dua suhu awal. Ini dapat digeneralisasikan untuk hubungan antara lebih dari dua subsistem.
Berikut beberapa contoh situasi di mana kesetimbangan termal terjadi:
- Mengukur suhu tubuh menggunakan termometer bekerja seperti itu. Durasi lama termometer harus bersentuhan dengan tubuh untuk benar-benar mengukur derajat suhu disebabkan oleh waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan termal.
- Produk yang dijual 'alami' bisa saja melalui lemari es. Namun, setelah beberapa lama berada di luar lemari es, bersentuhan dengan lingkungan alam, mereka mencapai kesetimbangan termal dengannya.
- Keabadian gletser di laut dan di kutub adalah kasus tertentu dari kesetimbangan termal. Tepatnya, peringatan tentang pemanasan global sangat berkaitan dengan peningkatan suhu laut, dan kemudian keseimbangan termal di mana sebagian besar es mencair.
- Ketika seseorang keluar dari mandi, dia relatif kedinginan karena tubuhnya sudah masuk keseimbangan dengan air panas, dan sekarang harus masuk ke dalam keseimbangan dengan lingkungan.
- Saat ingin mendinginkan secangkir kopi, tambahkan susu dingin ke dalamnya.
- Zat seperti mentega sangat sensitif terhadap perubahan suhu, dan dengan waktu yang sangat singkat bersentuhan dengan lingkungan pada suhu alami, mereka mencapai kesetimbangan dan meleleh.
- Dengan meletakkan tangan di atas pagar yang dingin, untuk sementara waktu, tangan menjadi lebih dingin.
- Sebuah toples berisi satu kilo es krim akan meleleh lebih lambat dari yang lain dengan seperempat kilo es krim yang sama. Ini dihasilkan oleh persamaan di mana massa menentukan karakteristik kesetimbangan termal.
- Ketika es batu ditempatkan di dalam segelas air, kesetimbangan termal juga terjadi. Satu-satunya perbedaan adalah bahwa kesetimbangan menyiratkan perubahan keadaan, karena ia melewati 100 ° C di mana air berubah dari padat menjadi cair.
- Tambahkan air dingin ke kecepatan air panas, di mana kesetimbangan sangat cepat tercapai pada suhu yang lebih dingin dari aslinya.
