Explicamos o que é o 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, igualam suas temperaturas inicialmente diferentes, 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, doravante 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 que se deva considerar. Esta média é o que é comumente chamado de “energia interna” na física, então quanto maior a energia cinética, maior a energia interna e maior 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 equalizada, de forma 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, para a qual 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 seu calor específico expresso em cal / gr °C, e Δt a variação de temperatura, ou seja: Δt = tf – ti, tempo final menos tempo inicial.
Uma vez calculado o calor Q para cada corpo, poderemos compará-los sabendo que o equilíbrio térmico ocorre na igualdade das temperaturas entre o corpo 1 e o corpo 2. Para atingir o equilíbrio térmico, O calor que o corpo mais frio ganha é o calor que o corpo mais quente perde.então Q1 = Q2, ou seja, calor ganho = calor perdido.
Lei zero da termodinâmica
Este princípio é 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 esse princípio, centrado na formulação matemática da termodinâmica, sabe-se o que Maxwell assim expressou em palavras: “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 imediatamente o calor do ar, mas dado um período de tempo, nosso corpo trocará calor com o ar e entrará em equilíbrio térmico com ele, então não perceberemos mais a diferença de temperatura.
- Se introduzirmos um recipiente de vidro com água fria dentro de um recipiente maior com água fervente, o fluxo de calor entre os dois irá resfriar a água quente e aquecer a fria, até atingir um nível intermediário de equilíbrio térmico.
- Os itens em nosso freezer de cozinha estão em equilíbrio térmico em relação ao ar gelado entre eles, então todos compartilham a mesma temperatura.
Referências
- “Equilíbrio térmico” na Wikipedia.
- “Equilíbrio térmico” (vídeo) na Pontifícia Universidade Católica de São Paulo.
- “Equilíbrio térmico” em Hyperphysics.phy.
- “A Lei Zero da Termodinâmica: Equilíbrio Térmico” (vídeo) em Dave Explica.
- “Equilíbrio térmico” na Enciclopédia Britânica.