Equilíbrio térmico: definição e tipos

O equilíbrio térmico, como foi dito, faz parte da termodinâmica. E a termodinâmica, por sua vez, é a área da física e da química que estuda as relações entre o calor, o trabalho e a energia.

Mais especificamente, a termodinâmica trabalha com as transformações de uma energia em outra, por meio da realização do trabalho e com liberação de calor como produto da reação.

Então, como é de se esperar, o equilíbrio térmico também está relacionado com a troca de calor e de energia. Entenda o que é equilíbrio térmico, como ele funciona e quais são suas características.

O que é equilíbrio térmico?

O equilíbrio térmico, ou equilíbrio termodinâmico, é um processo de troca de calor e energia, em que dois corpos de temperaturas diferentes, ao entrar em contato, conseguem atingir um equilíbrio, terminando com a mesma temperatura.

A troca de calor é permitida entre dois corpos, porque suas partículas superficiais conseguem interagir entre si, e, como estão conectadas ás outras partículas, isso se torna suficiente para a passagem de energia calorífica.

Essa troca de calor acontece quando o corpo mais quente transfere calor para o corpo mais frio até que a quantidade de calor e energia entre os dois seja exatamente a mesma.

Existem três formas diferentes de os corpos realizarem essa troca, mas, para entender melhor esse tipo de conceito, é importante previamente entender o que é calor para o âmbito científico.

O que é calor

O calor para a ciência é diferente do conceito de calor popular a que estamos acostumados. Para o cotidiano, calor é quando o clima, o nosso corpo ou um determinado objeto estão quentes, com a temperatura alta que cria essa sensação térmica no nosso tato.

Dizemos que estamos com calor quando o dia está ensolarado, abafado ou seco, o que nos causa uma sensação quente pelo corpo, causando suor, às vezes dor de cabeça ou outros sintomas parecidos.

Mas, como conceito científico, o calor não é nada disso. Para a química e para a física, o calor acontece quando as partículas de um corpo, ao receber energia, se agitam. Essa agitação gera dissipação de energia do mesmo tipo que foi recebida, que é o calor.

Assim, quando um corpo emana muita energia, percebemos que ele está quente e podemos afirmar que ele trocou energia com o ambiente ou com outro corpo, recebendo sua parte da energia em forma de calor.

Por isso que a base do equilíbrio térmico é o calor, pois ele representa a troca de energia envolvida no processo de alcançar o equilíbrio.

Transferência de calor

A transferência de calor, então, como foi analisado, diz respeito à troca de energia entre dois corpos, em que a direção do fluxo é do corpo mais quente para o corpo mais frio.

Dentro do conceito de equilíbrio térmico, existem três tipos de troca de energia, ou propagação de calor, entre as partículas de dois corpos que estão tentando igualar suas temperaturas, e todas elas são bem simples de explicar:

Condução térmica

A condução térmica é a forma de propagação de calor através da energia cinética das moléculas. Dessa forma, o calor é transferido a partir da movimentação das partículas de todo o corpo, que já estavam agitadas por causa da temperatura elevada do mesmo.

Assim, essa agitação vai “contaminando” as outras partículas vizinhas, de modo que em algum momento chegue na superfície do corpo. Então, essas partículas da superfície entram em contato com as moléculas superficiais do objeto mais frio.

A partir daí, da mesma forma que ocorreu no corpo mais quente, as partículas vão se agitando e, assim, levando o calor para todo o material que antes estava numa temperatura mais baixa, mas que agora possui energia cinética, o que gera calor e aumento da temperatura.

Convecção térmica

A convecção não utiliza uma troca de energia direta como na condução. Na realidade, ela funciona a partir do deslocamento de massas fluidas. Mas por que ocorre esse deslocamento?

O deslocamento de fluidos só ocorre devido à diferença de densidade. Ou seja, o fluido mais quente tende a subir, porque é menos denso que a camada de ar, e o fluido mais frio tende a descer, porque é mais denso que a camada de ar.

Por causa disso, ocorre uma movimentação das massas, sendo que, ao entrar em contato com o corpo frio, a massa mais quente transfere energia, e o contrário ocorre caso o fluido frio entre em contato com um corpo quente.

Irradiação térmica

A irradiação térmica conta com um fenômeno que acontece com todo corpo que ocupa o espaço. Todos os corpos que se encontram acima do zero absoluto emitem radiação.

Dessa forma, a radiação em forma de ondas eletromagnéticas é capaz de transferir energia para outros corpos que irradiam menos e, assim, consegue esquentá-los.

Portanto, o equilíbrio térmico se dá por meio de três formas diferentes de propagação de calor, sendo que calor para a ciência possui uma definição diferente e está relacionado com a troca de energia, objeto de estudo da termodinâmica.