Equilíbrio térmico é um processo que sucede depois que dois ou mais corpos trocam calor. Esses corpos chegam então numa temperatura que é igual para ambos, estando em equilíbrio.
Desse modo, com esse estado, não existe mais uma troca de energia térmica entre tais sistemas.
O equilíbrio térmico se trata de um conceito fundamental na termodinâmica, que é um ramo da física ocupado em estudar as relações entre energia, calor e temperatura.
E esse equilíbrio é essencial para projetar sistemas eficientes, ajudando ainda na compreensão sobre a física e a química dos processos naturais. Além do que, ele ajuda a melhorar a qualidade de vida através do controle de temperaturas nos ambientes e dispositivos.
Importância do equilíbrio térmico
O equilíbrio térmico é fundamental tanto para a compreensão dos variados fenômenos naturais quanto para o desenvolvimento de tecnologias em distintas áreas, tais como: física, engenharia, química e até para a climatologia.
Sem o conhecimento e a utilização dos princípios ligados ao equilíbrio térmico, não seria possível que se construíssem máquinas térmicas eficientes, também não seria possível entender os processos naturais envolvidos na transferência de calor ou mesmo manter condições estáveis nos ambientes controlados, como no caso de residências e laboratórios.
Fundamentos da termodinâmica
A termodinâmica se trata do estudo das relações entre calor, energia e trabalho. E para que se compreenda o equilíbrio térmico, é crucial compreender antes alguns conceitos básicos:
- Energia: se traduz na capacidade de realizar trabalho ou gerar uma mudança na matéria. Na termodinâmica, a energia tende se mostrar de várias formas, incluindo energia térmica;
- Calor: é a forma de energia que passa de um corpo mais quente para um mais frio por conta da diferença de temperatura. Se configura numa das principais formas de transferência de energia no caso de processos termodinâmicos;
- Temperatura: se trata da medida da energia cinética média das partículas num sistema. Quanto maior for a temperatura, então maior será a energia cinética que há nas partículas;
- Lei zero da termodinâmica: esta lei determina que se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro corpo, então há equilíbrio térmico entre os mesmos. Isso é muito importante para definir a escala de temperatura;
- Entropia e energia interna: a entropia se caracteriza como uma medida relativa a desordem de um sistema e costuma aumentar em processos naturais. Já a energia interna é a soma de todas as formas de energia num sistema;
- Transferência de calor (condução, convecção, radiação): a passagem de calor entre os corpos se dá por mecanismos de transferência de calor. A condução é um desses, sendo que ela se configura como a compreensão da transferência de calor por intermédio de um meio sólido. Já a convecção sucede em fluidos (líquidos e gases) e abarca o movimento de tais fluidos. A radiação, por fim, seria a transferência de calor em ondas eletromagnéticas, como é o caso da luz solar.
Equilíbrio térmico em detalhes
O equilíbrio térmico é conquistado quando não existe mais troca de calor entre os sistemas envolvidos. Isso se dá devido a que as temperaturas dos sistemas se igualam. Para que haja um entendimento melhor sobre isso, é importante considerar os aspectos a seguir.
Medição e cálculos
Quanto ao modo como a temperatura é medida, isso é feito com a ajuda de escalas. E algumas das escalas mais usadas são: Celsius, Fahrenheit e Kelvin.
Há que mencionar que a escala Kelvin é especialmente crucial na termodinâmica, pois se baseia na temperatura termodinâmica absoluta.
Calor específico e calor latente
O calor específico se traduz na quantidade de calor que se precisa para aumentar a temperatura de uma unidade de massa que pertence a uma substância numa unidade de temperatura.
Já o calor latente se trata da quantidade de calor absorvida ou liberada numa mudança de fase (como no caso da fusão ou vaporização) numa temperatura constante.
Aplicações do equilíbrio térmico
O equilíbrio térmico possui muitas aplicações práticas e em variadas áreas, por exemplo:
- Isolamento térmico: no âmbito da engenharia, o isolamento térmico se trata de algo essencial para a conservação da energia e manutenção do controle das temperaturas nos edifícios e sistemas industriais;
- Calorimetria: estudo da quantidade de calor que é trocado entre um sistema e o seu ambiente. É crucial saber sobre a calorimetria para compreender as reações químicas e os processos industriais;
- Máquinas térmicas: tais máquinas, como no caso de motores a vapor e motores de combustão interna, atuam segundo os princípios da termodinâmica, o que inclui o equilíbrio térmico;
- Refrigeradores: esses usam ciclos de compressão e expansão visando a transferência calor de um espaço interno até o ambiente externo, o que manterá a temperatura interna baixa.
Desse modo, o equilíbrio térmico é um conceito importantíssimo na termodinâmica. Ele concede a base para o entendimento de uma vasta gama de fenômenos naturais e usos tecnológicos.
A compreensão desse conceito é fundamental para os avanços em diversas áreas tanto científicas quanto tecnológicas.
SOUSA, Priscila. (4 de Setembro de 2023). Equilíbrio térmico - O que é, conceito, importância e aplicações. Conceito.de. https://conceito.de/equilibrio-termico