Equilibri tèrmic
De WikiLingua.net
Es diu que els cossos en contacte tèrmic es troben en equilibri tèrmic quan no existeix fluix de calor d'un cap a l'altre. Aquesta definició requereix a més que les propietats físiques del sistema, que varien amb la temperatura, no canviïn amb el temps. Algunes propietats físiques que varien amb la temperatura són el volum, la densitat i la pressió.
El paràmetre termodinámico que caracteritza l'equilibri tèrmic és la temperatura. Quan dos cossos es troben en equilibri tèrmic, llavors aquests cossos tenen la mateixa temperatura.
En realitat, el concepte d'equilibri tèrmic des del punt de vista de la Termodinámica requereix una definició més detallada que es presenta a continuació.
Taula de continguts |
[editar] Definició termodinámica de l'equilibri tèrmic
Per a poder donar una definició més precisa del concepte d'equilibri tèrmic des d'un punt de vista termodinámico és necessari definir alguns conceptes.
Dos sistemes (entengui's sistemàticament a una part de l'univers físic) que estan en contacte mecànic directe o separats mitjançant una superfície que permet la transferència de calor (també cridada superfície diatérmica), es diu que estan en contacte tèrmic.
Considerem llavors dos sistemes en contacte tèrmic, disposats de tal forma que no puguin barrejar-se o reaccionar químicamente. Considerem a més que aquests sistemes estan col·locats en l'interior d'un recinte on no és possible que intercanviïn calor amb l'exterior ni existeixin accions des de l'exterior capaços d'exercir treball sobre ells. L'experiència indica que al cap d'un temps aquests sistemes aconsegueixen un estat d'equilibri termodinámico que es denominarà estat d'equilibri tèrmic recíproc o simplement d'equilibri tèrmic.
El concepte d'equilibri tèrmic pot estendre's per a parlar d'un sistema o cos en equilibri tèrmic. Quan dues porcions qualssevol d'un sistema es troben en equilibri tèrmic es diu que el sistema mateix està en equilibri tèrmic o que és térmicamente homogeni. Experimentalmente es troba que, en un sistema en equilibri tèrmic, la temperatura en qualsevol punt del cos és la mateixa.
[editar] Interpretació microscópica de l'equilibri tèrmic
La Termodinámica proporciona una descripció macroscópica dels sistemes que estudia, sense fer hipòtesis sobre l'estructura microscópica d'aquests sistemes. No obstant això, existeixen altres disciplines, com la Mecànica Estadística, que estudien els mateixos fenòmens que la Termodinámica, però des d'un enfocament microscópico.
En particular, el concepte d'equilibri tèrmic esá lligat al concepte de temperatura al dir que dos sistemes en equilibri tèrmic tenen la mateixa temperatura. Des d'un punt de vista microscópico, la temperatura aquesta associada a l'energia cinética promedio que tenen les partícules que constitueixen el sistema, a saber, àtoms, molècules i/o l'estructura electrònica de la substància que constitueix el sistema. Macroscópicamente, aquesta energia cinética promedio de les partícules d'un sistema és el que en la Termodinámica es diu energia interna, que és una energia que depèn gairebé exclusivament de la temperatura del sistema. A major energia cinética promedio de les partícules que constitueixen un sistema, major energia interna i, en general, major temperatura del sistema.
La situació de dos sistemes en contacte tèrmic s'interpreta microscópicamente com que les partícules de la superfície d'interfase d'ambdós sistemes són capaços d'interactuar entre si. Bàsicament es pot veure que, microscópicamente, les partícules del sistema de major temperatura (que tenen major energia cinética) van a transferir part de la seva energia a les partícules de l'altre sistema. Es troba que aquesta interacció entre els dos sistemes dóna lloc al fet que les partícules dels dos sistemes aconsegueixin la mateixa energia cinética promedio i, per tant, la mateixa temperatura. És a dir, des d'un punt de vista microscópico, s'entén com equilibri tèrmic entre dos sistemes que les partícules dels dos sistemes tinguin la mateixa energia cinética promedio.
Des d'un punt de vista macroscópico, es diu que els sistemes un estat d'equilibri, sota les condicions indicades en la secció definició termodinámica de l'equilibri tèrmic. En canvi, des d'un punt de vista microscópico, l'estat d'equilibri es refereix al promedio, ja que els dos sistemes continuen intercanviant energia fins i tot una vegada aconseguit l'equilibri tèrmic. No obstant això, l'energia cinética individual d'una partícula no és estacionaria, sinó que és el promedio de la distribució d'energies de totes les partícules del sistema el que no canvia en el temps.
D'igual manera que per al cas macroscópico, es pot estendre el concepte d'equilibri tèrmic a un únic sistema on, en aquesta situació d'equilibri, les partícules de dues parts qualssevol del sistema tenen la mateixa energia cinética promedio.
[editar] Llei Zero de la Termodinámica
El concepte d'equilibri tèrmic és la base de l'anomenada Llei Zero de la Termodinámica. Aquesta llei proposició va ser enunciada per R. H. Fowler en 1931. La llei zero de la termodinámica s'enuncia dient:
L'experiència indica que si dos sistemes A i B es troben, cadascun per separat, en equilibri tèrmic amb un tercer sistema, que cridarem C, llavors A i B es troben en equilibri tèrmic entre si.
[editar] Aplicació del concepte d'equilibri tèrmic: Termometría
Per a saber la temperatura d'una substància o cos, s'utilitza un dispositiu que permet determinar la seva pròpia temperatura. Tal dispositiu es denomina termòmetre. Per a determinar la temperatura d'un cos, es posa un termòmetre en contacte tèrmic amb ell fins que ambdós aconsegueixen l'equilibri tèrmic. Sabem que en l'equilibri tèrmic tant el cos com el termòmetre es troben a la mateixa temperatura. Per tant, la temperatura que indiqui el termòmetre serà també la temperatura del cos en qüestió. Es recalca que, el que un termòmetre indica és la seva pròpia temperatura, per això és important conèixer el concepte d'equilibri tèrmic.
[editar] Bibliografía
- Fermi I., Termodinámica, EUDEBA, 1985.
- Guillermet A., Apúntes de Termodinámica, Institut Balseiro, Universitat Nacional de Que el seu.
- Feynman R., Leighton R., Sands M., Física, Vol I, Addison Wesley Iberoamericana, 1987.
