Equilibrio térmico

Cando se poñen en contacto dous corpos que están a diferentes temperaturas, o que está máis quente cede parte da súa enerxía ao de menos temperatura, ata o punto en que ambas temperaturas son iguais.

Esta situación coñécese como equilibrio térmico, e é precisamente o estado no que as temperaturas de dous corpos que inicialmente tiñan temperaturas diferentes son iguais. Sucede que a medida que as temperaturas se igualan, o fluxo de calor está suspendido, e entón chégase á situación de equilibrio.

Ver tamén: Exemplos de calor e temperatura

Teoricamente, o equilibrio térmico é fundamental no que se coñece como lei cero ou Principio cero da termodinámica, o que explica que se dous sistemas separados están ao mesmo tempo en equilibrio térmico cun terceiro sistema, están en equilibrio térmico entre si. Esta lei é fundamental para toda a disciplina da termodinámica, que é a rama da física que se ocupa de describir os estados de equilibrio a nivel macroscópico.

A ecuación que dá lugar á cuantificación da cantidade de calor que se intercambia nas transferencias entre os corpos, ten a forma:

Q = M * C * ΔT

Onde Q é a cantidade de calor expresada en calorías, M é a masa do corpo en estudo, C é a calor específica do corpo e ΔT é a diferenza de temperatura.

Nun situación de equilibrio, a masa e a calor específica conservan o seu valor orixinal, pero a diferenza de temperatura pasa a ser 0 porque precisamente se definiu a situación de equilibrio onde non hai cambios de temperatura.

Outra ecuación importante para a idea de equilibrio térmico é a que busca expresar a temperatura que terá o sistema unificado. Acéptase que cando un sistema de partículas N1, que está a temperatura T1, se pon en contacto con outro sistema de partículas N2 que está a temperatura T2, a temperatura de equilibrio obtense pola fórmula:

(N1 * T1 + N2 * T2) / (N1 + N2).

Deste xeito, pódese ver iso cando ambos subsistemas teñen a mesma cantidade de partículas, a temperatura de equilibrio redúcese a unha media entre as dúas temperaturas iniciais. Isto pódese xeneralizar para as relacións entre máis de dous subsistemas.

Aquí tes algúns exemplos de situacións onde se produce o equilibrio térmico:

1. Medir a temperatura corporal a través dun termómetro funciona así. A longa duración que o termómetro debe ter en contacto co corpo para cuantificar de verdade os graos de temperatura débese precisamente ao tempo que leva alcanzar o equilibrio térmico.
2. Os produtos que se venden "naturais" poderían pasar por unha neveira. Non obstante, despois dun tempo fóra do frigorífico, en contacto co medio natural, alcanzaron o equilibrio térmico con el.
3. A permanencia dos glaciares nos mares e nos polos é un caso particular de equilibrio térmico. Precisamente, as advertencias relativas ao quentamento global teñen moito que ver cun aumento da temperatura dos mares e despois cun equilibrio térmico onde se funde gran parte dese xeo.
4. Cando unha persoa sae do baño, está relativamente fría porque o corpo entrara en equilibrio coa auga quente e agora debe estar en equilibrio co ambiente.
5. Cando busque arrefriar unha cunca de café, engádelle leite frío.
6. As substancias como a manteiga son moi sensibles aos cambios de temperatura e, cun tempo moi curto de contacto co ambiente a temperatura natural, entran en equilibrio e funden.
7. Ao poñer a man nunha varanda fría, durante un tempo a man faise máis fría.
8. Un frasco cun quilo de xeado derreterase máis lentamente que outro cun cuarto de quilo do mesmo xeado. Isto prodúcese pola ecuación na que a masa determina as características do equilibrio térmico.
9. Cando se coloca un cubo de xeo nun vaso de auga, tamén se produce un equilibrio térmico. A única diferenza é que o equilibrio implica un cambio de estado, porque pasa por 100 ° C onde a auga pasa dun sólido a un líquido.
10. Engade auga fría a unha velocidade de auga quente, onde se alcanza o equilibrio moi rápido a unha temperatura máis fría que a orixinal.