Explicamos o que é equilíbrio térmico, em que consiste e qual é a sua fórmula. Além disso, a lei zero da termodinâmica e exemplos.
O que é equilíbrio térmico?
Em física, é chamado Equilíbrio térmico ao estado em que dois corpos em contato, ou separados por uma superfície condutora, equalizam suas temperaturas inicialmente díspares, devido à transferência de calor de um para o outro.
Sim, temos dois objetos em contato, um mais quente que o outro, com o passar do tempo ambos tenderão a atingir a mesma temperatura e, se não houver transferência de calor para outros objetos, a partir de agora eles manterão um equilíbrio térmico, ou seja, uma temperatura constante.
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O que é equilíbrio térmico?
Esse fenômeno pode ser explicado microscopicamente, entendendo que a temperatura dos objetos está diretamente relacionada à energia cinética média de suas partículas, sejam elas átomos, moléculas, ou o que for conveniente considerar. Essa média é o que comumente se chama em física de “energia interna”, então Quanto maior a energia cinética, maior será a energia interna e maior será a temperatura do sistema..
Dois corpos em contato trocam energia com o passar do tempo.. E assim, o ponto de equilíbrio térmico é alcançado quando a energia cinética de ambos os corpos é igual, de modo que ambos os corpos passam a operar como um único sistema termodinâmico, dotado da mesma quantidade de energia interna e, portanto, de temperatura.
Fórmula de equilíbrio térmico
A expressão do equilíbrio térmico envolve o cálculo da diferença de temperatura entre os dois corpos, portanto deve ser determinada a quantidade de calor (Q) que eles trocam.
Esse É determinado usando a fórmula Q = m. Ce. Δtonde m será a massa do corpo, Ce o seu calor específico expresso em cal/gr °C, e Δt a variação da temperatura, ou seja: Δt = tf – ti, tempo final menos tempo inicial.
Uma vez calculado o calor Q para cada corpo, podemos compará-los sabendo que o equilíbrio térmico ocorre quando as temperaturas entre o corpo 1 e o corpo 2 são iguais. o calor que o corpo mais frio ganha é o calor que o corpo mais quente perdeentão Q1 = Q2, ou seja, calor ganho = calor perdido.
Lei zero da termodinâmica
Este princípio está expresso na chamada Lei Zero da Termodinâmica, que foi dublado em 1931 por RH Fowler como segue: “Se dois sistemas A e B estão, cada um separadamente, em equilíbrio térmico com um terceiro sistema, que chamaremos de C, então A e B também estão em equilíbrio térmico entre si.”
Ou seja: se A = C e B = C, então A = B.
Graças a este princípio, centrado na formulação matemática da termodinâmica, sabemos o que Maxwell expressou em palavras desta forma: “Todo calor é do mesmo tipo”.
Exemplos de equilíbrio térmico
Aqui estão alguns exemplos simples de equilíbrio térmico:
- Quando entramos em uma sala quente, percebemos o calor do ar imediatamente, mas com uma margem de tempo, nosso corpo trocará calor com o ar e entrará em equilíbrio térmico com ele, deixando de perceber a diferença de temperatura.
- Se introduzirmos um recipiente de vidro com água fria num outro maior com água a ferver, o fluxo de calor entre eles irá arrefecer a água quente e aquecer a água fria, até atingir um nível intermédio de equilíbrio térmico.
- Os produtos que temos no freezer da nossa cozinha estão em equilíbrio térmico em relação ao ar congelado entre eles, de modo que todos compartilham a mesma temperatura.
Referências
- “Equilíbrio térmico” na Wikipedia.
- “Equilíbrio térmico” (vídeo) na Universidade Católica de San Pablo.
- “Equilíbrio térmico” em Hyperphysics.phy.
- “A Lei Zero da Termodinâmica: Equilíbrio Térmico” (vídeo) em Dave Explica.
- “Equilíbrio térmico” na Enciclopédia Britânica.