Como ocorre o equilíbrio térmico entre dois corpos de temperaturas distintas?

O equilíbrio térmico acontece quando dois corpos - inicialmente em temperaturas diferentes - entram em contato e após um processo de transferência de calor, atingem a mesma temperatura.

O calor, nome dado à energia térmica na física, é sempre transferido do corpo mais quente para o corpo mais frio e quando os corpos atingem a mesma temperatura, o fluxo de calor entre eles é suspenso.

Se não houver troca de calor com o ambiente, a quantidade de calor perdida por um corpo é igual a quantidade de calor absorvida pelo outro.

Imagem: ilustração de dois corpos em equilíbrio térmico após contato.

O mesmo pode acontecer com um corpo cujas partes estão em temperaturas diferentes. Quando o corpo todo atingir a mesma temperatura, ele estará em equilíbrio térmico.

Calor

Na linguagem do dia a dia, a palavra calor está relacionada à sensação em nosso corpo quando a temperatura é alta. Na física, o significado de calor é diferente. O calor, nesse caso, é a energia térmica em movimento.

Os corpos são compostos por partículas e o calor é determinado pelo grau de agitação dessas partículas. Ou seja, quanto maior a agitação de suas moléculas maior a energia térmica, ou calor.

O calor é medido em joule (J) ou caloria (cal). Caloria é a quantidade de energia necessária para elevar em 1°C, 1g de água. A relação entre essas unidades de medida é: 1 cal = 4,186 j.

Como acontece o equilíbrio térmico?

Quando dois corpos estão em diferentes temperaturas, suas moléculas estão em diferentes graus de agitação. As moléculas do corpo de maior temperatura estão mais agitadas e o de menor temperatura, menos agitadas.

Ao entrarem em contato, o corpo de maior temperatura irá transferir energia térmica ao outro, até que ambos atinjam a mesma temperatura, o que chamamos de equilíbrio térmico. Para facilitar, vamos pensar em um exemplo:

Para fazer gelatina é preciso misturar o pó na água fervente e depois colocar a mesma quantidade de água em temperatura ambiente. A água que está a 100°C entrará em contato com a água em temperatura ambiente e transferirá calor, até que todo líquido do recipiente tenha a mesma temperatura.

Caso não houvesse troca de calor com o ambiente, a temperatura final seria exatamente a média das duas temperaturas. Veja o exemplo:

Água a 100°C + Água a 25°C = 125°C

Esse valor dividido por 2, seria igual a 62,5°. No entanto, como a mistura perde energia para o ambiente, essa temperatura, na prática, será um pouco menor.

O termômetro

Quando precisamos medir a temperatura corporal, utilizamos um termômetro. Esse aparelho nos indica a temperatura com equilíbrio termodinâmico entre o corpo e o termômetro.

Quando o termômetro atinge a mesma temperatura que nosso corpo ele cessa a transferência de calor e, em alguns casos, apita avisando que o fluxo cessou. E assim, sabemos se estamos com febre ou não.

Saiba mais sobre calor específico e temperatura.

Formas de transmissão de calor

A energia em forma de calor pode ser transmitida de um corpo a outro de três maneiras: condução, convecção e irradiação.

Condução

A condução ocorre quando a energia é transferida de molécula a molécula. As moléculas em maior agitação entram em contato com moléculas em menor agitação e aumentam a sua velocidade de movimento.

Se você segurar uma colher de metal em uma ponta e encostar sua outra ponta no fogo, em alguns instantes poderá queimar sua mão. Isso porque, as moléculas agitadas pelo fogo provocam a agitação das demais moléculas, levando energia térmica a todo o talher - aumentando sua temperatura.

Convecção

A convecção ocorre com substâncias gasosas ou líquidas, que transferem calor por meio de correntes circulares que se formam em razão da diferença de densidade das partes frias e quentes de uma substância.

É o caso de uma panela esquentando água. A parte da água que está mais próxima ao fogo esquentará antes, como a densidade da água quente é menor, ela subirá na panela e a parte da água mais fria irá para baixo, formando assim uma corrente circular de convecção.

Irradiação

Na irradiação não é necessário que haja contato entre os corpos para a energia se propagar, como ocorre na condução ou convecção. Nesse caso, a energia térmica é propagada de um corpo a outro por ondas eletromagnéticas. O corpo que recebe calor é chamado de receptor e o que emite, chama-se emissor.

É dessa forma que o sol aquece o planeta Terra. Como sabemos, o sol está muito distante da Terra, ou seja, não há contato. O calor que chega à Terra e garante a vida no planeta é transmitido por irradiação, por meio das ondas eletromagnéticas.

Veja também o significado de calor e energia térmica.

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