Como chamamos o processo de troca ou transferência de calor entre dois corpos que inicialmente tem temperaturas diferentes é depois se equilibram ou se igualam?

A temperatura de equilíbrio representa o momento em que dois ou mais corpos num mesmo espaço, após trocarem de calor, adquirem a mesma temperatura.

Significado de Temperatura de Equilíbrio

A temperatura de equilíbrio ocorre quando dois ou mais corpos que ocupam o mesmo espaço conseguem obter a mesma temperatura. Para isso, é necessário que esses corpos troquem de calor entre si, tornando as suas temperaturas iguais. Nesse sentido, a temperatura de equilíbrio é obtida espontaneamente, uma vez que os corpos que possuem temperaturas diferentes trocam calor entre si até que as suas temperaturas se equilibrem. Convém mencionar que o calor flui sempre do corpo com maior temperatura para o corpo que apresenta menor temperatura.

Diferença entre calor e temperatura

Os conceitos de calor e temperatura estão sempre relacionados. No entanto, convém destacar que se tratam de definições distintas. A temperatura é conceituada como uma grandeza física que mede o grau de agitação ou a energia cinética das moléculas de uma matéria. Ou seja, quanto mais agitadas essas moléculas, maior a temperatura do corpo.
Já o calor é definido como a energia térmica em trânsito que se transfere de um corpo para outro. Como mencionado, essa transferência ocorre do corpo de maior temperatura para o de menor até que esses cheguem à temperatura de equilíbrio.

Existem três tipos de calor numa troca térmica:

• Calor latente: é o calor que um corpo deve ceder ou receber para mudar o seu estado físico.
• Calor sensível: é o calor que causa apenas a mudança da temperatura do corpo.
• Calor específico: é o calor que define a variação térmica da substância a partir do momento em que esta recebe determinada quantidade de calor.

A importância da Calorimetria

Ao abordarmos a temperatura de equilíbrio, torna-se essencial conhecer a calorimetria. Isto porque este é o ramo da Física que estuda as trocas de calor, ou seja, as trocas de energia térmica entre os corpos. Nesse sentido, a calorimetria é responsável por definir a temperatura de equilíbrio dos corpos, bem como a quantidade de energia térmica necessária para que estes sofram mudanças de temperatura.

Equilíbrio térmico é a tendência que os corpos têm de trocar energia térmica entre si até que suas temperaturas se igualem. Dessa maneira, os corpos de maior temperatura transferem calor para os de menor temperatura, até que se atinja a condição de equilíbrio térmico.

Veja também: Como converter temperaturas e variações de temperatura

Equilíbrio térmico – definição

De acordo com a lei zero da termodinâmica, corpos de diferentes temperaturas e em contato térmico tendem a entrar em equilíbrio térmico. Isso implica que se dois corpos, A e B, estão em equilíbrio térmico com um corpo C, então os corpos A e B também estão em equilíbrio térmico entre si. Além disso, pelas leis da termodinâmica, sabemos que o calor sempre deve fluir dos corpos de temperatura mais elevada em sentido aos de menor temperatura.

Fórmula do equilíbrio térmico

O equilíbrio térmico é expresso por meio de uma fórmula que leva em conta a conservação da energia, isto é, toda a quantidade de calor que um corpo emite é absorvida por suas vizinhanças, se considerarmos que todos os corpos que interagem entre si estejam contidos dentro de um sistema fechado. Portanto, a somatória de todo o calor emitido com o calor absorvido deve ser igual a 0, observe:

QR e QC – calor recebido e cedido

O calor é normalmente calculado nas formas de calor sensível e calor latente, relacionados, respectivamente, às quantidades de calor responsáveis por variar a temperatura dos corpos e causar-lhes mudanças no estado físico. O calor sensível pode ser calculado por meio da fórmula a seguir:

Q – calor (cal)
m – massa (g)
c – calor específico (cal/gºC)
ΔT – variação de temperatura (ºC)

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O calor sensível, responsável pelas mudanças de estado físico, pode ser calculado pela fórmula a seguir:

Q – calor latente (cal)
m – massa (g)
L – calor latente específico (cal/g)

Calor e equilíbrio térmico

O equilíbrio térmico é atingido de acordo com a transferência de energia térmica entre corpos de diferentes temperaturas, essa transferência, por sua vez, é chamada calor. O calor pode ser transferido entre corpos por meio de três processos distintos. São eles:

• Condução

• Convecção

• Radiação

O que esses processos de transferência têm em comum é que, para ocorrerem, os corpos precisam estar em temperaturas diferentes, no entanto, cada um deles apresenta características próprias, vamos conferi-las:

• Condução: é a transferência de calor que ocorre por meio das colisões entre átomos vizinhos. Esse tipo de transferência é mais comum em sólidos.

• Convecção: é o processo de transferência de calor que ocorre em meios fluidos (líquidos e gasosos). A convecção ocorre com a movimentação do fluido, em razão da variação de densidade que ocorre com o aumento da temperatura. É o único processo de transferência de calor em que há transporte de matéria.

• Radiação: é a transferência de calor por meio da emissão e absorção de ondas eletromagnéticas. Todos os corpos que estão acima da temperatura de 0 K (zero absoluto) emitem ondas eletromagnéticas.

Veja também: Condução térmica – definição, fórmulas, exemplos e exercícios

Exemplos de equilíbrio térmico

Existem diversas situações cotidianas que podem ser usadas para ilustrar o equilíbrio térmico, vamos conferir alguns exemplos:

• Quando permanecemos sentados por um longo tempo, é possível perceber que o lugar onde estávamos apoiados entra em equilíbrio térmico com nosso corpo.

• Quando a água está sendo fervida e atinge a temperatura de 100 ºC, as correntes de convecção cessam, já que, durante a ebulição, não há mais diferenças de temperatura na água.

Exercícios sobre equilíbrio térmico

Questão 1) Uma xícara contém 100 ml de água à temperatura de 70 ºC, então, despeja-se nessa xícara 20 ml de água a 20 ºC. A temperatura de equilíbrio térmico da água, desconsiderando as perdas de calor para as vizinhanças, é de, aproximadamente:

a) 57,5 ºC
b) 61,6 ºC
c) 45,2 ºC
d) 37,6 ºC
e) 27,8 ºC

Gabarito: Letra B

Resolução:

Levando em conta a conservação da energia, toda a quantidade de calor emitida pela água quente é absorvida pela água fria, logo, devemos fazer o seguinte cálculo:

Questão 2) Em um balde que contém 1 l de água (1000 g) a 25 ºC, são colocados 100 ml de gelo à temperatura de 0 ºC. A temperatura da água, depois de o gelo ter derretido completamente, desprezando-se as trocas de calor com as vizinhanças, será, aproximadamente, de:

a) 15,4 ºC
b) 20,6 ºC
c) 19,8 ºC
d) 25,4 ºC
e) 12,3 ºC

Gabarito: Letra A

Resolução:

Primeiramente é necessário considerar que o gelo precisa receber calor latente, para que, assim, sofra uma mudança de estado físico. Em seguida, essa porção de água, que está a 0 ºC, recebe calor do restante da água que está no balde a uma temperatura de 25 ºC. Confira o cálculo:

Como chamamos o processo de troca ou transferência de calor entre dois corpos que inicialmente tem temperaturas diferentes é depois se equilibram ou se igualam?

Como se chama a transferência de calor entre dois corpos?

Que nome é dado ao processo onde dois corpos trocam calor é atingem depois de certo tempo a mesma temperatura?

Quando os dois corpos por meio de transferência de calor atingem a mesma temperatura temos?