Equilíbrio Térmico

Rosimar Gouveia

Professora de Matemática e Física

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 sobre Calorimetria e Calor e Temperatura.

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

2. (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

3. (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.

4. (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.

5. (UFScar-SP) Dois corpos A e B, de massas m_A e m_B, estão inicialmente às temperaturas t_A e t_B, respectivamente, com t_A ≠ t_B. Num dado instante, eles são postos em contato térmico. Após atingir o equilíbrio térmico, teremos:

a) t’a > t’b
b) t’a < t’b
c) t’a = t’b
d) n.d.a.

Veja também a definição de Equilíbrio na Física.

Rosimar Gouveia

Bacharel 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.