Equilíbrio térmico

Explicamos o que é equilíbrio térmico, em que consiste e qual é a sua fórmula. Além disso, a lei zero da termodinâmica e exemplos.

Equilíbrio térmico
Depois de um certo tempo, dois objetos em contato atingirão a mesma temperatura.

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?

Equilíbrio térmico
O estado de equilíbrio térmico ocorre quando a energia cinética é igual em ambos os corpos.

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

Equilíbrio térmico - lei zero da termodinâmica
A lei zero da termodinâmica pode ser expressa como: se A = C e B = C, então A = B.

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.