Thermal equilibrium · Equilibrio térmico
| English | Español |
|---|---|
| heat/hiːt/ | calor |
| thermal energy/ˈθɜːml ˈenədʒi/ | energía térmica |
| thermal equilibrium/ˈθɜːml ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ | equilibrio térmico |
| net flow/net fləʊ/ | flujo neto |
A spoon in hot soup
- Put a cold spoon in hot soup: the spoon warms, the soup cools — until they match.
- Energy moved from the hot thing to the cold thing.
- That one-way flow is the key idea of temperature.
Una cuchara en sopa caliente
- Sumergir una cuchara fría en sopa caliente: la cuchara se calienta, la sopa se enfría — hasta que igualan sus temperaturas.
- La energía se movió desde el objeto caliente hacia el frío.
- Ese flujo unidireccional es la idea clave de la temperatura.
Thermal equilibrium route · Ruta de equilibrio térmico
Watch energy transfer until two objects reach the same temperature. · Observar la transferencia de energía hasta que dos objetos alcanzan la misma temperatura.
Heat 热量 flows hot to cold
- Heat (thermal energy 热能) flows from higher to lower temperature.
- It keeps flowing until the temperatures are equal.
El calor 热量 fluye de caliente a frío
- Calor (energía térmica 热能) fluye de mayor a menor temperatura.
- Continúa fluyendo hasta que las temperaturas son iguales.
Heat (thermal energy) naturally flows from: · El calor (energía térmica) fluye naturalmente desde:
Energy always flows down the temperature difference, from hot to cold, until they are equal. · La energía siempre fluye a lo largo de la diferencia de temperatura, desde lo caliente hacia lo frío, hasta que se igualan.
Thermal equilibrium 热平衡
- When two things reach the same temperature, they are in thermal equilibrium.
- There is then no net flow 净流动 of energy between them.
A thermal (infrared) camera turns temperature into colour: the hot fries glow bright orange, while the cold drink stays dark
Equilibrio térmico 热平衡
- Cuando dos objetos alcanzan la misma temperatura, están en equilibrio térmico.
- Entonces no hay flujo neto 净流动 de energía entre ellos.
Una cámara térmica (infrarroja) convierte la temperatura en color: las papas fritas calientes brillan en naranja intenso, mientras que la bebida fría permanece oscura
At thermal equilibrium there is no net flow of energy between two bodies. · En el equilibrio térmico no hay flujo neto de energía entre dos cuerpos.
Equal temperatures mean no net flow — particles still exchange energy, but with no overall transfer. · Temperaturas iguales significan que no hay flujo neto: las partículas siguen intercambiando energía, pero sin una transferencia neta global.
Two objects in thermal equilibrium are at the same ____. · Dos objetos en equilibrio térmico están a la misma ____.
Same temperature is exactly the condition for thermal equilibrium. · La misma temperatura es exactamente la condición para el equilibrio térmico.
Match each term to the definition the examiner marks. · Empareje cada término con la definición que marca el evaluador.
Thermal equilibrium is defined by NO NET transfer, not by no transfer at all. Energy still crosses in both directions; the two flows simply match. · El equilibrio térmico se define por SIN TRANSFERENCIA NETA, no por ausencia total de transferencia. La energía aún cruza en ambas direcciones; los dos flujos simplemente coinciden.
Temperature is not energy
- Temperature decides the direction of heat flow — not how much energy a body holds.
- A tiny spark at $1000\ °\text{C}$ holds far less energy than a warm swimming pool.
La temperatura no es energía
- La temperatura determina la dirección del flujo de calor — no cuánta energía contiene un cuerpo.
- Una pequeña chispa en $1000\ °\text{C}$ contiene mucha menos energía que una piscina tibia.
Temperature tells you: · La temperatura le indica:
Temperature decides the direction of heat flow; the amount of energy also depends on mass and material. · La temperatura determina la dirección del flujo de calor; la cantidad de energía también depende de la masa y del material.
A hot spark always contains more thermal energy than a warm swimming pool. · Una chispa caliente siempre contiene más energía térmica que una piscina tibia.
No — the spark is at a higher temperature, but the huge pool holds far more thermal energy overall. · No: la chispa está a una temperatura más alta, pero la gran piscina contiene mucha más energía térmica en general.
A bucket of warm water contains more internal energy than a red-hot nail, so it is at a higher temperature. · Un cubo de agua tibia contiene más energía interna que un clavo al rojo vivo, por lo que está a una temperatura más alta.
Temperature is not energy. The bucket holds far more internal energy in total, yet energy flows from the nail to the water, which is what temperature actually decides. · La temperatura no es energía. El cubo contiene mucha más energía interna en total, sin embargo, la energía fluye del clavo al agua, lo cual es lo que realmente decide la temperatura.
Saying it the exam way
- "Two objects in thermal equilibrium are at the same temperature, so there is no net transfer of thermal energy between them." Both halves score.
- Energy still passes both ways between them — at equal rates, so the net flow is zero.
- A thermometer works by reaching thermal equilibrium with what it touches, which is why it must be left long enough to settle.
Formulación para examen
- "Dos objetos en equilibrio térmico están a la misma temperatura, por lo que no hay transferencia neta de energía térmica entre ellos." Ambas mitades obtienen puntuación.
- La energía aún pasa en ambos sentidos entre ellos — a tasas iguales, por lo que el flujo neto es cero.
- Un termómetro funciona alcanzando equilibrio térmico con lo que toca, por eso debe dejarse suficiente tiempo para estabilizarse.
Two objects are in thermal equilibrium. Which statements are true? Select all that apply. · Dos objetos están en equilibrio térmico. ¿Cuáles afirmaciones son verdaderas? Seleccione todas las que correspondan.
Equilibrium means equal temperature and zero net flow. Energy still passes both ways at equal rates, and the two objects can hold very different amounts of energy. · El equilibrio significa igual temperatura y flujo neto cero. La energía aún pasa en ambas direcciones a tasas iguales, y los dos objetos pueden contener cantidades muy diferentes de energía.
Worked example: mixing hot and cold water
$0.20\ \text{kg}$ of water at $80\ °\text{C}$ is poured into $0.50\ \text{kg}$ of water at $20\ °\text{C}$ in an insulated cup. Find the final temperature $T$. Take $c = 4200\ \dfrac{\text{J}}{\text{kg}\,\text{K}}$.
- Energy lost by the hot water = energy gained by the cold water, since none escapes.
- $0.20 \times 4200 \times (80 - T) = 0.50 \times 4200 \times (T - 20)$; the $4200$ cancels.
- $16 - 0.20T = 0.50T - 10$, so $0.70T = 26$ and $T = 37\ °\text{C}$.
- Check: the answer lies between $20$ and $80$, and nearer the cold water because there is more of it. Write each $\Delta T$ as a positive number on its own side.
Ejemplo resuelto: mezclar agua caliente y fría
$0.20\ \text{kg}$ de agua a $80\ °\text{C}$ se vierten en $0.50\ \text{kg}$ de agua a $20\ °\text{C}$ en una taza aislada. Encontrar la temperatura final $T$. Tomar $c = 4200\ \dfrac{\text{J}}{\text{kg}\,\text{K}}$.
- Energía perdida por el agua caliente = energía ganada por el agua fría, ya que nada escapa.
- $0.20 \times 4200 \times (80 - T) = 0.50 \times 4200 \times (T - 20)$; el $4200$ se cancela.
- $16 - 0.20T = 0.50T - 10$, así que $0.70T = 26$ y $T = 37\ °\text{C}$.
- Verificación: la respuesta está entre $20$ y $80$, y más cerca del agua fría porque hay más cantidad de ella. Escribir cada $\Delta T$ como un número positivo en su propio lado.
$0.30\ \text{kg}$ of water at $90\ °\text{C}$ is mixed with $0.60\ \text{kg}$ of water at $15\ °\text{C}$ in an insulated container. What is the final temperature, in °C? · $0.30\ \text{kg}$ de agua a $90\ °\text{C}$ se mezcla con $0.60\ \text{kg}$ de agua a $15\ °\text{C}$ en un recipiente aislado. ¿Cuál es la temperatura final, en °C?
$0.30(90 - T) = 0.60(T - 15)$: $27 - 0.30T = 0.60T - 9$, so $0.90T = 36$ and · y $T = 40\ °\text{C}$. · $0.30(90 - T) = 0.60(T - 15)$: $27 - 0.30T = 0.60T - 9$, así que $0.90T = 36$ y $T = 40\ °\text{C}$.
200 g of water at 80 C is mixed with 300 g at 20 C. What is the final temperature, in C? · 200 g de agua a 80 C se mezclan con 300 g a 20 C. ¿Cuál es la temperatura final, en C?
Energy lost equals energy gained: 200(80 - T) = 300(T - 20), so T = 44 C. The specific heat capacity cancels because both are water. · Energía perdida iguala energía ganada: 200(80 - T) = 300(T - 20), así que T = 44 C. La capacidad calorífica específica se cancela porque ambos son agua.
Worked example: the beaker takes its share
An $810\ \text{W}$ heater warms $120\ \text{g}$ of a liquid in a $42\ \text{g}$ glass beaker from $25\ °\text{C}$ to $80\ °\text{C}$ in $21\ \text{s}$. The specific heat capacity of glass is $0.84\ \dfrac{\text{J}}{\text{g}\,\text{K}}$. Find $c$ for the liquid.
- Energy supplied: $Q = Pt = 810 \times 21 = 17\,000\ \text{J}$.
- Energy into the beaker: $42 \times 0.84 \times 55 = 1940\ \text{J}$ — it warms through the same $55\ \text{K}$.
- Energy into the liquid: $17\,010 - 1940 = 15\,070\ \text{J}$.
- Specific heat capacity: $c = \dfrac{15\,070}{120 \times 55} = 2.3\ \dfrac{\text{J}}{\text{g}\,\text{K}}$.
- Check: the beaker is in thermal equilibrium with the liquid throughout, so it ends at the same temperature and must be counted. Forgetting it gives $2.6$, which looks plausible and is wrong.
Ejemplo resuelto: el vaso absorbe su parte
Un calentador de $810\ \text{W}$ calienta $120\ \text{g}$ de un líquido en un vaso de vidrio de $42\ \text{g}$ desde $25\ °\text{C}$ hasta $80\ °\text{C}$ en $21\ \text{s}$. La capacidad calorífica específica del vidrio es $0.84\ \dfrac{\text{J}}{\text{g}\,\text{K}}$. Encontrar $c$ para el líquido.
- Energía suministrada: $Q = Pt = 810 \times 21 = 17\,000\ \text{J}$.
- Energía en el vaso de precipitados: $42 \times 0.84 \times 55 = 1940\ \text{J}$ — se calienta mediante la misma $55\ \text{K}$.
- Energía en el líquido: $17\,010 - 1940 = 15\,070\ \text{J}$.
- Capacidad calorífica específica: $c = \dfrac{15\,070}{120 \times 55} = 2.3\ \dfrac{\text{J}}{\text{g}\,\text{K}}$.
- Comprobación: el vaso de precipitados está en equilibrio térmico con el líquido durante todo el proceso, por lo que termina a la misma temperatura y debe ser incluido. Olvidarlo da como resultado $2.6$, que parece plausible pero es incorrecto.
Equal temperature is not equal energy: a hot spark and a warm pool. At equilibrium the net flow is zero, not all flow. In any mixing calculation, count every object whose temperature changes — the container included — and use temperature changes in the same units on both sides.
Igual temperatura no significa igual energía: una chispa caliente y un estanque tibio. En el equilibrio, el flujo neto es cero, no que cese todo el flujo. En cualquier cálculo de mezcla, cuente todos los objetos cuya temperatura cambie —incluyendo el contenedor— y utilice cambios de temperatura en las mismas unidades en ambos lados.
You've got it
- heat flows from higher to lower temperature
- thermal equilibrium: same temperature, no net transfer of thermal energy
- temperature sets the direction of flow, not the amount of energy; mixing problems: energy lost = energy gained, container included
Lo has entendido
- el calor fluye de mayor a menor temperatura
- equilibrio térmico: misma temperatura, sin transferencia neta de energía térmica
- la temperatura establece la dirección del flujo, no la cantidad de energía; problemas de mezcla: energía perdida = energía ganada, incluyendo el contenedor