Quando dois corpos que estão em temperaturas diferentes são colocados em contato, aquele que está mais quente cede parte de sua energia ao de menor temperatura, a ponto de ambas as temperaturas serem iguais.
Esta situação é conhecida como Equilíbrio térmico, e é precisamente o estado em que as temperaturas de dois corpos que inicialmente tinham temperaturas diferentes são iguais. Acontece que, à medida que as temperaturas se igualam, fluxo de calor está suspenso, e então a situação de equilíbrio é alcançada.
Veja também: Exemplos de calor e temperatura
Teoricamente, o equilíbrio térmico é fundamental no que se conhece como Lei Zero ou Princípio zero da termodinâmica, o que explica que se dois sistemas separados estão ao mesmo tempo em equilíbrio térmico com um terceiro sistema, eles estão em equilíbrio térmico entre si. Esta lei é fundamental para toda a disciplina da termodinâmica, que é o ramo da física que trata da descrição de estados de equilíbrio em um nível macroscópico.
A equação que dá origem à quantificação da quantidade de calor que é trocada nas transferências entre os corpos, tem a forma:
Q = M * C * ΔT
Onde Q é a quantidade de calor expressa em calorias, M é a massa do corpo em estudo, C é o calor específico do corpo e ΔT é a diferença de temperatura.
Em uma situação de equilíbrio, a massa e o calor específico retêm seu valor original, mas a diferença de temperatura torna-se 0 porque foi definida precisamente a situação de equilíbrio onde não há mudanças de temperatura.
Outra equação importante para a ideia de equilíbrio térmico é a que busca expressar a temperatura que o sistema unificado terá. É aceito que quando um sistema de partículas N1, que está na temperatura T1, entra em contato com outro sistema de partículas N2 que está na temperatura T2, a temperatura de equilíbrio é obtida pela fórmula:
(N1 * T1 + N2 * T2) / (N1 + N2).
Desta forma, pode-se perceber que quando ambos os subsistemas têm a mesma quantidade de partículas, a temperatura de equilíbrio é reduzida a uma média entre as duas temperaturas iniciais. Isso pode ser generalizado para relacionamentos entre mais de dois subsistemas.
Aqui estão alguns exemplos de situações em que ocorre o equilíbrio térmico:
- Medir a temperatura corporal usando um termômetro funciona dessa maneira. A longa duração que o termômetro deve ter em contato com o corpo para realmente quantificar os graus de temperatura se deve justamente ao tempo que leva para atingir o equilíbrio térmico.
- Produtos que são vendidos "naturais" podem ter passado por uma geladeira. Porém, após algum tempo fora da geladeira, em contato com o ambiente natural, atingiram o equilíbrio térmico com ele.
- A permanência das geleiras nos mares e nos pólos é um caso particular de equilíbrio térmico. Precisamente, as advertências sobre o aquecimento global têm muito a ver com um aumento na temperatura dos mares e, em seguida, com um equilíbrio térmico onde grande parte desse gelo derrete.
- Quando uma pessoa sai do banho, ela está relativamente fria porque o corpo entrou em equilíbrio com a água quente e agora deve entrar em equilíbrio com o meio ambiente.
- Ao procurar resfriar uma xícara de café, adicione leite frio a ela.
- Substâncias como a manteiga são muito sensíveis às mudanças de temperatura e, com muito pouco tempo de contato com o meio ambiente em temperatura natural, entram em equilíbrio e derretem.
- Ao colocar a mão em uma grade fria, por um tempo, a mão fica mais fria.
- Um frasco com um quilo de sorvete derrete mais devagar do que outro com um quarto de quilo do mesmo sorvete. Isso é produzido pela equação em que a massa determina as características do equilíbrio térmico.
- Quando um cubo de gelo é colocado em um copo d'água, também ocorre um equilíbrio térmico. A única diferença é que o equilíbrio implica em uma mudança de estado, pois passa por 100 ° C onde a água passa do sólido ao líquido.
- Adicione água fria a uma taxa de água quente, onde o equilíbrio é alcançado muito rapidamente a uma temperatura mais fria do que a original.
