O equilíbrio térmico, também chamado de equilíbrio termodinâmico, é quando dois corpos ou substâncias atingem a mesma temperatura.
Este conceito da termodinâmica está relacionado com a transferência de calor espontânea (energia térmica) que ocorre entre dois corpos em contato.
Nesse processo, o corpo mais quente transfere calor para o corpo mais frio até que ambos tenham a mesma temperatura.
Esquema da transferência de calor
A troca de energia entre dois corpos (energia calorífica) resulta na perda de energia térmica do corpo mais quente e no ganho de energia do corpo mais frio.
Exemplo
Como exemplo, podemos citar a mistura de café quente com leite frio. Ainda que tenham temperaturas iniciais distintas, em pouco tempo o corpo mais quente (café) transfere energia térmica para o mais frio (leite). Assim, a mistura fica morna, resultado do equilíbrio térmico.
Supondo que a café estava a 50 °C e o leite a 20 °C, o equilíbrio térmico é atingido quando ambos estão com 35 °C.
Propagação de Calor
Importante salientar que calor é a troca de energia e sua transferência pode ocorrer de três maneiras:
- Condução térmica: aumento da energia cinética;
- Convecção térmica: criação de correntes de convecção;
- Irradiação térmica: por meio de ondas eletromagnéticas.
Tipos de Propagação de Calor
Leia mais: Propagação de Calor.
Fórmula
Para calcular o equilíbrio térmico, utiliza-se a seguinte fórmula:
Q1 + Q2 + Q3... = 0 ou ΣQ=0
Sendo,
Q: quantidade de calor (temperatura dos corpos)
Assim, sabemos que a soma de todas as energias térmicas é nula.
O calor sensível está relacionado com a variação de temperatura dos corpos. Ele é calculado pela seguinte fórmula:
Q = m . c . Δθ
Onde,
Q: quantidade de calor sensível (cal ou J)m: massa do corpo (g ou Kg)c: calor específico da substância (cal/g°C ou J/Kg.°C)Δθ: variação de temperatura (°C ou K)
Leia também:
- Termodinâmica
- Calorimetria
- Calor e Temperatura
- Calor Específico
- Energia Térmica
Exercícios de Vestibular com Gabarito
1. (Mackenzie) Quando misturamos 1,0 kg de água (calor específico sensível = 1,0 cal/g°C) a 70°C com 2,0 kg de água a 10°C, obtemos 3,0 kg de água a:
a) 10°C b) 20°C c) 30°C d) 40°C e) 50°C
Alternativa c) 30°C
Ver Resposta2. (UFP-RS) Considere as afirmações a seguir:
I. Quando dois corpos estão em equilíbrio térmico, ambos possuem a mesma quantidade de calor. II. Quando dois corpos estão em equilíbrio térmico, ambos possuem a mesma temperatura. III. Calor é transferência de temperatura de um corpo para outro. IV. Calor é uma forma de energia em trânsito.
Das afirmações acima, pode-se dizer que:
a) I, II, III e IV são corretas b) I, II, III são corretas c) I, II e IV são corretas d) II e IV são corretas e) II e III são corretas
Alternativa d) II e IV são corretas
Ver Resposta3. (FATEC-SP) Um sistema A está em equilíbrio térmico com outro B e este não está em equilíbrio térmico um outro C. Então, podemos dizer que:
a) os sistemas A e C possuem a mesma quantidade de calor. b) a temperatura de A é diferente da de B. c) os sistemas A e B possuem a mesma temperatura. d) a temperatura de B é diferente da de C, mas C pode ter temperatura igual à do sistema A. e) nenhuma das anteriores.
Alternativa c) os sistemas A e B possuem a mesma temperatura.
Ver Resposta4. (UFV-MG) Quando dois corpos de materiais diferentes estão em equilíbrio térmico, isolados do meio ambiente, pode-se afirmar que:
a) o mais quente é o que possui menor massa. b) apesar do contato, suas temperaturas não variam. c) o mais quente fornece calor ao mais frio. d) o mais frio fornece calor ao mais quente e) suas temperaturas dependem de suas densidades.
Alternativa b) apesar do contato, suas temperaturas não variam.
Ver Resposta5. (UFScar-SP) Dois corpos A e B, de massas mA e mB, estão inicialmente às temperaturas tA e tB, respectivamente, com tA ≠ tB. Num dado instante, eles são postos em contato térmico. Após atingir o equilíbrio térmico, teremos:
a) t’a > t’b b) t’a c) t’a = t’b d) n.d.a.
Alternativa c) t’a = t’b
Ver Resposta Rosimar GouveiaBacharelada em Meteorologia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) em 1992, Licenciada em Matemática pela Universidade Federal Fluminense (UFF)em 2006 e Pós-Graduada em Ensino de Física pela Universidade Cruzeiro do Sul em 2011.