Significado del equilibrio térmico

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El equilibrio térmico se produce cuando dos cuerpos – inicialmente a diferentes temperaturas – entran en contacto y después de un proceso de transferencia de calor, alcanzan la misma temperatura .

El calor, el nombre que se le da a la energía térmica en la física, siempre se transfiere del cuerpo más caliente al más frío y cuando los cuerpos alcanzan la misma temperatura, el flujo de calor entre ellos se suspende.

Si no hay intercambio de calor con el medio ambiente, la cantidad de calor perdida por un cuerpo es igual a la cantidad de calor absorbida por el otro.

Equilíbrio térmicoImagen: ilustración de dos cuerpos en equilibrio térmico después del contacto.

Lo mismo puede suceder con un cuerpo cuyas partes están a diferentes temperaturas. Cuando todo el cuerpo alcance la misma temperatura, estará en equilibrio térmico.

Calor

En el lenguaje cotidiano, la palabra calor está relacionada con la sensación en nuestro cuerpo cuando la temperatura es alta. En la física, el significado del calor es diferente. El calor en este caso es la energía térmica en movimiento .

Los cuerpos están compuestos de partículas y el calor está determinado por el grado de agitación de estas partículas. Es decir, cuanto mayor sea la agitación de sus moléculas, mayor será la energía térmica, o calor.

El calor se mide en joule (J) o caloría (cal). La caloría es la cantidad de energía necesaria para elevar en 1°C, 1g de agua. La relación entre estas unidades de medida es: 1 cal = 4.186 j.

¿Cómo se produce el equilibrio térmico?

Cuando dos cuerpos están a diferentes temperaturas, sus moléculas están en diferentes grados de agitación. Las moléculas del cuerpo de mayor temperatura están más agitadas y las de menor temperatura, menos agitadas.

Cuando entran en contacto, el cuerpo con la temperatura más alta transferirá energía térmica al otro, hasta que ambos alcancen la misma temperatura, lo que llamamos equilibrio térmico. Para hacerlo más fácil, pensemos en un ejemplo:

Para hacer la gelatina debes mezclar el polvo en agua hirviendo y luego poner la misma cantidad de agua a temperatura ambiente. El agua que está a 100°C entrará en contacto con el agua a temperatura ambiente y transferirá calor hasta que todo el líquido del recipiente tenga la misma temperatura.

Si no hubiera intercambio de calor con el medio ambiente, la temperatura final sería exactamente la media de las dos temperaturas. Vea el ejemplo:

Agua a 100°C + Agua a 25°C = 125°C

Este valor dividido por 2 sería igual a 62,5°. Sin embargo, como la mezcla pierde energía para el medio ambiente, esta temperatura será, en la práctica, un poco más baja.

El termómetro

Cuando necesitamos tomar la temperatura del cuerpo, usamos un termómetro. Este dispositivo indica la temperatura con equilibrio termodinámico entre el cuerpo y el termómetro.

Cuando el termómetro alcanza la misma temperatura que nuestro cuerpo deja de transferir calor y en algunos casos emite un pitido que advierte que el flujo se ha detenido. Y así sabemos si tenemos fiebre o no.

Aprenda más sobre el calor y la temperatura específicos.

Formas de transmisión de calor

La energía en forma de calor puede ser transmitida de un cuerpo a otro de tres maneras: conducción, convección e irradiación.

Conducir

La conducción se produce cuando la energía se transfiere de una molécula a otra. Las moléculas con mayor agitación entran en contacto con las moléculas con menor agitación y aumentan su velocidad de movimiento.

Si sostienes una cuchara de metal en un extremo y apoyas el otro extremo contra el fuego, en unos momentos puedes quemarte la mano. Esto se debe a que las moléculas agitadas por el fuego causan la agitación de las otras moléculas, trayendo energía térmica a toda la cubertería – aumentando su temperatura.

Convección

La convección se produce con sustancias gaseosas o líquidas, que transfieren calor por medio de corrientes circulares que se forman debido a la diferencia de densidad de las partes frías y calientes de una sustancia.

Es el caso de una olla que calienta agua. La parte del agua que está más cerca del fuego se calentará antes, ya que la densidad del agua caliente es menor, subirá en la olla y la parte del agua más fría bajará, formando así una corriente de convección circular.

Irradiación

En la irradiación no es necesario que haya contacto entre los cuerpos para que la energía se propague, como ocurre en la conducción o la convección. En este caso, la energía térmica se propaga de un cuerpo a otro por medio de ondas electromagnéticas. El cuerpo que recibe el calor se llama receptor y el que lo emite se llama emisor.

Así es como el sol calienta el planeta Tierra. Como sabemos, el sol está muy lejos de la Tierra, es decir, no hay contacto. El calor que llega a la Tierra y garantiza la vida en el planeta se transmite por irradiación, a través de ondas electromagnéticas.

Ver también el significado de calor y energía térmica.