Ejemplos de
Equilibrio térmico

Al poner en contacto dos cuerpos que se encuentran a diferentes temperaturas, el que se encuentra más caliente cede parte de su energía al de menos temperatura, hasta el punto en el que ambas temperaturas se igualan.

A esta situación se la conoce como equilibrio térmico, y es precisamente el estado en el que se igualan las temperaturas de dos cuerpos que inicialmente tenían diferentes temperaturas. Sucede que al igualarse las temperaturas, se suspende el flujo de calor, y entonces se llega a la situación de equilibrio.

Teóricamente, el equilibrio térmico es fundamental en lo que se conoce como la Ley Cero o el Principio Cero de la Termodinámica, que explica que si dos sistemas separados están en el mismo momento en equilibrio térmico con un tercer sistema, aquellos están en equilibrio térmico uno con otro. Esta Ley es fundamental para toda la disciplina de la termodinámica, que es la rama de la física que se ocupa de describir los estados de equilibrio a un nivel macroscópico.

Cantidad de calor del equilibrio

La ecuación que da lugar a la cuantificación de la cantidad de calor que se intercambia en las transferencias entre los cuerpos, tiene la forma:

Q = M * C * ΔT

Siendo Q la cantidad de calor expresada en calorías, M la masa del cuerpo en estudio, C el calor específico del cuerpo, y ΔT la diferencia de temperatura.

En una situación de equilibrio, la masa y el calor específico conservan su valor original, pero la diferencia de temperatura se hace 0 porque precisamente se definió a la situación de equilibrio donde no hay cambios de temperatura.

Temperatura de equilibrio

Otra ecuación importante para la idea de equilibrio térmico es la que busca expresar la temperatura que tendrá el sistema unificado. Se acepta que cuando un sistema de N1 partículas, que está a temperatura T1, se pone en contacto con otro sistema de N2 partículas que está a temperatura T2, la temperatura de equilibrio se obtiene mediante la fórmula:

(N1*T1 + N2*T2)/(N1+N2)

De esta forma, se puede ver que cuando ambos subsistemas cuentan con la misma cantidad de partículas, la temperatura de equilibrio se reduce a un promedio entre las dos temperaturas iniciales. Esto se puede generalizar para relaciones entre más de dos subsistemas.

Ejemplos de equilibrio térmico

A continuación, algunos ejemplos de situaciones en donde se produce el equilibrio térmico:

1. La medición de la temperatura corporal a través de un termómetro funciona de esa manera. La duración prolongada que debe tener el termómetro en contacto con el cuerpo para poder cuantificar de verdad los grados de temperatura se debe justamente al tiempo que tarda en alcanzarse el equilibrio térmico.
2. Los productos que se venden ‘al natural’ pudieron haber pasado por una heladera. Sin embargo, pasado cierto tiempo fuera de la heladera, en contacto con el medio natural, alcanzaron el equilibrio térmico con este.
3. La permanencia de los glaciares en los mares y en los polos es un caso particular de equilibrio térmico. Precisamente, las alertas respecto al calentamiento global tienen mucho que ver con un aumento de la temperatura de los mares, y entonces un equilibrio térmico donde gran parte de ese hielo se derrita.
4. Cuando una persona sale de bañarse, tiene un relativo frío porque el cuerpo había entrado en equilibrio con el agua caliente, y ahora deberá entrar en equilibrio con el ambiente.
5. Cuando se busca enfriar una taza de café, agregándole leche fría.
6. Sustancias como la manteca tienen mucha sensibilidad a los cambios de temperatura, y con muy poco tiempo en contacto con el ambiente a temperatura natural entran en equilibrio y se derriten.
7. Al poner la mano en una baranda fría, durante un tiempo, la mano pasa a tener una temperatura más fría.
8. Un frasco con un kilo de helado se derretirá más lento que otro con un cuarto de kilo del mismo helado. Esto se produce por la ecuación en la que la masa es condicionante de las características del equilibrio térmico.
9. Cuando se coloca un cubo de hielo en un vaso de agua, también se produce un equilibrio térmico. La única diferencia es que el equilibrio implica un cambio de estado, porque atraviesa los 100°C donde el agua pasa de sólido a líquido.
10. Agregar agua fría a una tasa de agua caliente, donde muy rápidamente se alcanza el equilibrio en una temperatura más fría que la original.

Sigue con: