Ao colocar em contato dois corpos com temperaturas diferentes, o mais quente cede parte de sua energia para o de temperatura mais baixa, até o ponto em que ambas as temperaturas se igualam.
Esta situação é conhecida como Equilíbrio térmico , e é justamente o estado em que se igualam as temperaturas de dois corpos que inicialmente tinham temperaturas diferentes. Acontece que, quando as temperaturas se equalizam, o fluxo de calor é suspenso e, então, a situação de equilíbrio é alcançada.
Teoricamente, o equilíbrio térmico é essencial no que é conhecido como Lei Zero ou Princípio zero da termodinâmica , o que explica que se dois sistemas separados estão no mesmo momento em equilíbrio térmico com um terceiro sistema, eles estão em equilíbrio térmico entre si. Essa Lei é fundamental para toda a disciplina da termodinâmica, que é o ramo da física que trata da descrição dos estados de equilíbrio em nível macroscópico.
- Sistemas isolados
Quantidade de calor de equilíbrio
o equação que dá origem à quantificação da quantidade de calor que é trocado nas transferências entre os corpos, tem a forma:
Q = M * C * ΔT
Q sendo a quantidade de calor expressa em calorias M a massa do corpo em estudo, C o calor específico do corpo e ΔT a diferença de temperatura.
Em uma situação de equilíbrio, a massa e o calor específico mantêm seu valor original, mas a diferença de temperatura passa a 0 porque a situação de equilíbrio onde não há mudanças de temperatura foi definida com precisão.
temperatura de equilíbrio
Outra equação importante para a ideia de equilíbrio térmico é aquela que busca expressar a temperatura que o sistema unificado. Admite-se que quando um sistema de partículas N1, que está na temperatura T1, entra em contato com outro sistema de partículas N2 que está na temperatura T2, a temperatura de equilíbrio é obtida pela fórmula:
(N1*T1 + N2*T2)/(N1+N2)
Assim, pode-se perceber que quando ambos os subsistemas contêm o mesmo número de partículas, a temperatura de equilíbrio é reduzida a uma média entre as duas temperaturas iniciais. Isso pode ser generalizado para relacionamentos entre mais de dois subsistemas.
Exemplos de equilíbrio térmico
Aqui estão alguns exemplos de situações em que ocorre o equilíbrio térmico:
- A medição da temperatura corporal por meio de um termômetro funciona dessa maneira. O tempo prolongado que o termômetro deve ter em contato com o corpo para poder quantificar verdadeiramente os graus de temperatura se deve justamente ao tempo que leva para atingir o equilíbrio térmico.
- Os produtos que são vendidos ‘naturais’ poderiam ter passado por uma geladeira. Porém, após algum tempo fora da geladeira, em contato com o ambiente natural, atingiram o equilíbrio térmico com ele.
- A permanência de geleiras nos mares e nos pólos é um caso particular de equilíbrio térmico. Justamente, os alertas sobre o aquecimento global têm muito a ver com o aumento da temperatura dos mares e, portanto, com um equilíbrio térmico onde grande parte desse gelo derrete.
- Quando uma pessoa sai do banho, ela está relativamente fria porque o corpo entrou em equilíbrio com a água quente e agora deve entrar em equilíbrio com o ambiente.
- Ao procurar esfriar uma xícara de café, adicione leite frio.
- Substâncias como a manteiga são muito sensíveis às mudanças de temperatura e, após um tempo muito curto em contato com o ambiente em temperatura natural, entram em equilíbrio e derretem.
- Ao colocar a mão em um trilho frio, por um tempo, a mão fica com uma temperatura mais baixa.
- Um pote com meio quilo de sorvete derreterá mais lentamente do que outro com meio quilo do mesmo sorvete. Isso é produzido pela equação em que a massa é um fator determinante das características do equilíbrio térmico.
- Quando um cubo de gelo é colocado em um copo com água, também ocorre um equilíbrio térmico. A única diferença é que o equilíbrio implica uma mudança de estado, pois passa dos 100°C onde a água passa do estado sólido ao líquido.
- Acrescentar água fria a uma taxa de água quente onde o equilíbrio é alcançado muito rapidamente a uma temperatura mais fria que a original.
- leis naturais
- contração térmica
- expansão e contração de calor