¿Qué es Equilibrio Térmico?

El equilibrio térmico ocurre cuando dos cuerpos, inicialmente a diferentes temperaturas, entran en contacto y, después de un proceso de transferencia de calor, alcanzan la misma temperatura.

El calor, el nombre dado a la energía térmica en física, siempre se transfiere del cuerpo más caliente al más frío y cuando los cuerpos alcanzan la misma temperatura, el flujo de calor entre ellos se suspende.

Si no hay intercambio de calor con el medio ambiente, la cantidad de calor perdido por un cuerpo es igual a la cantidad de calor absorbido por el otro.

Lo mismo puede suceder con un cuerpo cuyas partes están a diferentes temperaturas. Cuando todo el cuerpo alcanza la misma temperatura, estará en equilibrio térmico.

equilibrio térmico definición

Calor

En el lenguaje cotidiano, la palabra calor está relacionada con la sensación en nuestro cuerpo cuando la temperatura es alta.
En física, el significado del calor es diferente. El calor, en este caso, es la energía térmica en movimiento.

Los cuerpos están compuestos de partículas y el calor está determinado por el grado de agitación de estas partículas.
Es decir, cuanto mayor es la agitación de sus moléculas, mayor es la energía térmica o calor.

El calor se mide en julios (J) o calorías (cal). La caloría es la cantidad de energía requerida para aumentar 1 ° C, 1 g de agua. La relación entre estas unidades de medida es: 1 cal = 4,186 j.

¿Cómo se produce el equilibrio térmico?

Cuando dos cuerpos están a diferentes temperaturas, sus moléculas están en diferentes grados de agitación.
Las moléculas de mayor temperatura están más agitadas y las moléculas de menor temperatura están menos agitadas.

Al entrar en contacto, el cuerpo de mayor temperatura transferirá energía térmica al otro hasta que ambos alcancen la misma temperatura, lo que llamamos equilibrio térmico.
Ejemplo:

  • Para hacer gelatina, debe mezclar el polvo en agua hirviendo y luego poner la misma cantidad de agua a temperatura ambiente.
    El agua que está a 100 ° C entrará en contacto con agua a temperatura ambiente y transferirá calor hasta que todo el líquido en el recipiente tenga la misma temperatura.

Si no hubiera intercambio de calor con el medio ambiente, la temperatura final sería exactamente el promedio de las dos temperaturas. Mira el ejemplo:

Agua a 100 ° C + Agua a 25 ° C = 125 ° C

Este valor dividido por 2 sería igual a 62.5 °.
Sin embargo, a medida que la mezcla pierde energía hacia el medio ambiente, esta temperatura en la práctica será ligeramente más baja.

Fórmula de Equilibrio Térmico

Para calcular el equilibrio térmico, use la siguiente fórmula:

Q1 + Q2 + Q3 … = 0 o ΣQ = 0

Siendo

Q: cantidad de calor (temperatura de los cuerpos)

Por lo tanto, sabemos que la suma de todas las energías térmicas es nula.

El calor sensible está relacionado con la variación de la temperatura corporal.
Se calcula mediante la siguiente fórmula:

Q = m. c. Δθ

Donde

P: Cantidad de calor sensible (cal o J)
m: masa corporal (go kg)
c: calor específico de la sustancia (cal / g ° C o J / kg. ° C)
Δθ: cambio de temperatura (° C o K)

Termómetro

Cuando necesitamos medir la temperatura corporal, usamos un termómetro. Este dispositivo nos dice la temperatura con equilibrio termodinámico entre el cuerpo y el termómetro.

Cuando el termómetro alcanza la misma temperatura que nuestro cuerpo, cesa la transferencia de calor y, en algunos casos, emite un pitido para advertir que el flujo ha cesado. Y así, sabemos si tenemos fiebre o no.

Formas de Transferencia de Calor

La energía térmica se puede transmitir de un cuerpo a otro de tres maneras: conducción, convección y radiación.

Conducción Térmica

La conducción ocurre cuando la energía se transfiere de molécula a molécula.
Las moléculas más agitadas entran en contacto con las moléculas menos agitadas y aumentan su velocidad de movimiento.

  • Ejemplo: Si sostienes una cuchara de metal en un extremo y tocas el otro extremo con el fuego, puedes quemarte la mano en un momento. Esto se debe a que las moléculas agitadas por el fuego hacen que las otras moléculas se agiten, llevando energía térmica a toda la cuchara, aumentando su temperatura.

Convección Térmica

La convección ocurre con sustancias gaseosas o líquidas, que transfieren calor a través de corrientes circulares que se forman debido a la diferencia de densidad de las partes frías y calientes de una sustancia.

  • Ejemplo: Una sartén que calienta agua. La parte del agua que está más cerca del fuego se calentará antes, ya que la densidad del agua caliente es menor, se elevará en la sartén y la parte más fría bajará, formando así una corriente de convección circular.

Irradiación Térmica

En la irradiación no hay necesidad de contacto entre los cuerpos para que la energía se propague, como ocurre en la conducción o convección.
En este caso, la energía térmica se propaga de un cuerpo a otro mediante ondas electromagnéticas. El cuerpo que recibe calor se llama receptor y el que emite se llama emisor.

  • Ejemplo: Así es como el sol calienta el planeta tierra. Como sabemos, el sol está muy lejos de la Tierra, lo que significa que no hay contacto. El calor que llega a la tierra y garantiza la vida en el planeta se transmite por radiación a través de ondas electromagnéticas.

Ejemplos de Equilibrio Térmico

El mejor ejemplo para especificar el equilibrio térmico o termodinámico es con líquidos.
Al mezclar un líquido caliente con uno frío, tenemos un intercambio de energías que involucra la mezcla.

Más práctico, tomemos el café con leche como ejemplo. Un café caliente en contacto con una leche fría.

Asumiendo que ambos tienen temperaturas iniciales bastante diferentes. Mientras que el café tendrá 60ºC, la leche, que estaba en la nevera, tiene 10ºC.

La mezcla, al contacto, tenderá a calentarse. Esto se debe a que el café (caliente) transmite energía calorífica a la leche (cuerpo frío).

Como ambos tenían temperaturas específicas (60ºC y 10ºC), el equilibrio térmico se alcanzará cuando la mezcla tenga 35ºC.