Equilíbrio Térmico

Rosimar Gouveia

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 de Equilíbrio Térmico

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.

Equilíbrio Térmico

Propagação de Calor

Importante salientar que calor é a troca de energia e sua transferência pode ocorrer de três maneiras:

Propagação de Calor

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

Alternativa c) 30°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

Alternativa d) II e IV 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.

Alternativa c) os sistemas A e B possuem a mesma temperatura.

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.

Alternativa b) apesar do contato, suas temperaturas não variam.

5. (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 < t’b
c) t’a = t’b
d) n.d.a.

Alternativa c) t’a = t’b

Veja também a definição de Equilíbrio na Física.

Rosimar Gouveia
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.