Termisk likevekt er den tilstanden der temperaturene til to kropper er like, som i deres begynnelsesforhold hadde forskjellige verdier; når temperaturene har utjevnet, suspenderes overføringen av varme mellom begge legemer, og når derved den nevnte termiske likevekten til det termodynamiske systemet . Ethvert stoff over 0 kelvin (-273,15 °C) avgir varme. Hvis to stoffer i kontakt har forskjellige temperaturer, vil en av dem avgi mer varme og varme den kjøligere. Termisk likevekt oppnås når både avgir og mottar samme mengde varme., som tilsvarer temperaturen. Det ville strengt tatt vært samme mengde varme per gram, siden en større mengde stoff avgir mer varme ved samme temperatur.
For å gi en mer presis definisjon av begrepet termisk likevekt fra et termodynamisk synspunkt, er det nødvendig å definere noen begreper.
To systemer som er i direkte mekanisk kontakt eller atskilt av en overflate som tillater varmeoverføring, kjent som en diatermisk overflate , sies å være i termisk kontakt .
Tenk da på to systemer i termisk kontakt, arrangert på en slik måte at de ikke kan blandes eller reagere kjemisk. La oss også vurdere at disse systemene er plassert inne i en innhegning hvor det ikke er mulig for dem å utveksle varme med utsiden, og det er heller ikke handlinger fra utsiden som er i stand til å utøve arbeid på dem. Erfaring tilsier at disse systemene etter en stund når en tilstand av termodynamisk likevekt som vil bli kalt en tilstand av gjensidig termisk likevekt eller ganske enkelt termisk likevekt . Fra det øyeblikket vil endringene som kan oppdages makroskopisk opphøre, og selv om aktiviteten fortsetter, har den makroskopiske tilstanden på en eller annen måte nådd likevekt og er preget av at begge systemene har samme temperatur.
Termodynamikk gir en makroskopisk beskrivelse av systemene den studerer, uten å gjøre antagelser om deres mikroskopiske struktur. Imidlertid er det andre disipliner, for eksempel statistisk fysikk , som studerer de samme fenomenene som termodynamikk, men fra en mikroskopisk tilnærming.
Spesielt er begrepet termisk likevekt knyttet til begrepet temperatur ved å si at to systemer i termisk likevekt har samme temperatur. Fra et mikroskopisk synspunkt er temperatur assosiert med den gjennomsnittlige kinetiske energien til partiklene som utgjør systemet, nemlig atomer , molekyler og/eller den elektroniske strukturen til stoffet som utgjør systemet. Makroskopisk er denne gjennomsnittlige kinetiske energien til partiklene i et system det som i termodynamikk kalles intern energi , som er en energi som nesten utelukkende avhenger av temperaturen i systemet. Jo høyere gjennomsnittlig kinetisk energi til partiklene som utgjør et system, jo høyere indre energi og generelt sett høyere temperatur i systemet.
Situasjonen til to systemer i termisk kontakt tolkes mikroskopisk som at partiklene på grensesnittoverflaten til begge systemene er i stand til å samhandle med hverandre. I utgangspunktet kan du se at, mikroskopisk, vil partiklene i systemet med høyere temperatur (som har høyere kinetisk energi) overføre deler av energien til partiklene i det andre systemet. Det er funnet at denne interaksjonen mellom de to systemene resulterer i at partiklene i de to systemene når samme gjennomsnittlige kinetiske energi og dermed samme temperatur. Det vil si at fra et mikroskopisk synspunkt forstås det som termisk likevekt mellom to systemer at partiklene i de to systemene har samme gjennomsnittlige kinetiske energi.
Fra et makroskopisk synspunkt sies systemer å ha nådd en likevektstilstand når temperaturene deres er like under forholdene angitt i avsnittet termodynamisk definisjon av termisk likevekt . I stedet, fra et mikroskopisk synspunkt, refererer steady state til gjennomsnittet , siden de to systemene fortsetter å utveksle energi selv etter at termisk likevekt er nådd . Den individuelle kinetiske energien til en partikkel er ikke stasjonær , og derfor er energiene til hver partikkel i hvert øyeblikk forskjellige. Det er den gjennomsnittlige energifordelingen til alle partiklene i systemet som ikke endres med tiden.
På samme måte som for det makroskopiske tilfellet, kan begrepet termisk likevekt utvides til et enkelt system, der partiklene i alle to deler av systemet i denne likevektssituasjonen har samme gjennomsnittlige kinetiske energi.
Konseptet med termisk likevekt er grunnlaget for det såkalte "nullprinsippet for termodynamikk". Dette prinsippforslaget ble tilbudt av RH Fowler i 1931 og er uttalt som følger:
Erfaring tilsier at hvis to systemer A og B hver for seg er i termisk likevekt med et tredje system, som vi vil kalle C, så er A og B i termisk likevekt med hverandre.Faktumet av å ha blitt uttalt når det første og andre prinsippet allerede eksisterte (men uttalt som et uunnværlig grunnlag for begge), var det som avgjorde at nullprinsippet ble adoptert som navnet .
For å vite temperaturen til et stoff eller en kropp, brukes en enhet til å bestemme sin egen temperatur. En slik enhet kalles et termometer . For å bestemme temperaturen til en kropp, settes et termometer i termisk kontakt med den til begge når termisk likevekt. Vi vet at i termisk likevekt har både kroppen og termometeret samme temperatur. Derfor vil temperaturen som angis av termometeret også være temperaturen på den aktuelle kroppen. Det understrekes at det et termometer indikerer er sin egen temperatur, av denne grunn er det viktig å kjenne til begrepet termisk likevekt.