Equilíbrio Térmico, Química, O que é Equilíbrio Térmico
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Equilíbrio térmico é um estado de um sistema no qual todas as partes estão na mesma temperatura
Observa-se que um objeto de temperatura mais alta que está em contato com um objeto de temperatura mais baixa transfere calor para o objeto de temperatura mais baixa. Os objetos se aproximarão da mesma temperatura e, na ausência de perda de outros objetos, eles manterão uma temperatura constante. Dizem que eles estão em equilíbrio térmico.
Equilíbrio térmico – Física
Existem alguns conceitos em física que as pessoas entendem intuitivamente antes mesmo de ouvir falar deles. Como o equilíbrio térmico, que é tão essencial em nossas vidas, que tendemos a entendê-lo por intuição.
Por exemplo, digamos que você tenha uma caneca quente de chá e coloque no freezer.
O que acontecerá com o chá?
O chá, é claro, esfriará. Todo mundo sabe disso. E você provavelmente também sabe que o chá continuará esfriando até que esteja na mesma temperatura do freezer – até que fique congelado e não fique mais frio.
Equilíbrio térmico é o estado em que dois objetos conectados por uma barreira permeável não têm transferência de calor entre eles. Isso acontece quando os dois objetos têm a mesma temperatura.
O equilíbrio térmico é alcançado quando dois objetos ou sistemas atingem a mesma temperatura e deixam de trocar energia pelo calor. Quando dois objetos são colocados juntos, o objeto com mais energia térmica perde essa energia para o objeto com menos energia térmica.
Eventualmente, suas temperaturas serão iguais e eles deixarão de trocar energia térmica, pois nenhum objeto é mais quente ou mais frio que o outro. Neste ponto, eles estão em um estado de equilíbrio térmico.
O contato térmico é um conceito importante relacionado ao equilíbrio térmico. Múltiplos sistemas são considerados em contato térmico se forem capazes de afetar as temperaturas dos outros.
Se uma garrafa de refrigerante for removida da geladeira e colocada no balcão da cozinha, à temperatura ambiente, o balcão e a garrafa de refrigerante estão em contato térmico.
A energia térmica do balcão flui para a garrafa fria de refrigerante. Eventualmente, suas temperaturas serão iguais e elas estarão em um estado de equilíbrio térmico.
Nos sistemas térmicos que envolvem objetos em contato térmico, o calor flui do objeto mais quente, que contém mais energia térmica, para o objeto mais frio, que contém menos energia térmica.
Portanto, objetos e sistemas podem ganhar ou perder calor. Tecnicamente, eles não podem ganhar ou perder frio, pois não há "energia fria" separada. Em um sistema térmico, o objeto mais quente perde energia térmica para o objeto mais frio até que o equilíbrio seja alcançado.
O conceito de equilíbrio térmico é mais frequentemente usado e estudado no campo da química, particularmente no estudo da termodinâmica.
A termodinâmica geralmente é ministrada em um nível introdutório nos cursos de química do ensino médio, mas é um tópico muito complexo que não é totalmente explicado aos alunos até as aulas avançadas de química e física na faculdade.
Juntamente com seu lugar no laboratório, o equilíbrio térmico tem um lugar muito importante na natureza.
Os sistemas químicos existem em muitas coisas vivas e não-vivas da natureza, e manter esses sistemas em um estado de equilíbrio é muito importante. No corpo humano, por exemplo, as enzimas estão envolvidas em inúmeras reações químicas vitais para a vida. As enzimas, no entanto, tornam-se inúteis quando atingem uma temperatura muito alta ou muito baixa.
Eles devem permanecer em equilíbrio constante para permanecerem funcionais e devem permanecer funcionais para o próprio corpo humano funcionar.
O equilíbrio termodinâmico descreve um sistema cujas propriedades não mudam sem algum tipo de interferência externa.
Em outras palavras, um sistema em equilíbrio termodinâmico não mudará a menos que algo seja adicionado ou subtraído dele. Um exemplo disso é uma bebida morna. A bebida pode ter começado fria, mas o calor do ar passará para a bebida fria e a tornará mais quente até que esteja na mesma temperatura do ar – atingindo, assim, o equilíbrio termodinâmico. Além disso, como o calor está se movendo do ar para a bebida, o ar imediatamente ao redor do tubo também se tornará mais frio.
O processo que um sistema utiliza para alcançar o equilíbrio termodinâmico é descrito em duas leis da física: a Primeira Lei da Termodinâmica e a Segunda Lei da Termodinâmica.
A primeira lei afirma que a energia não pode ser criada ou destruída, apenas pode ser transferida.
A segunda lei diz que em um sistema isolado, a entropia aumentará até que o equilíbrio seja alcançado.
Essa é a essência do equilíbrio termodinâmico.
Para que um objeto alcance o equilíbrio termodinâmico, três condições devem ser cumpridas: equilíbrio químico, equilíbrio mecânico e equilíbrio térmico.
O equilíbrio mecânico descreve o que acontece quando não há forças desequilibradas em um sistema ou com um sistema e seus arredores.
Isso significa que as forças devem ser iguais em um sistema e em um sistema e seus arredores. Uma dessas forças é a pressão. Se a pressão é a mesma no sistema e com o sistema e seus arredores, é alcançado o equilíbrio mecânico. Se não houver equilíbrio mecânico, o sistema procurará alcançar o equilíbrio.
Para um sistema estar em equilíbrio químico, nenhuma reação química líquida deve ocorrer. Em alguns sistemas, isso pode significar que as reações químicas pararam. No entanto, em outros sistemas, isso pode significar que um sistema atingiu um equilíbrio dinâmico.
O equilíbrio dinâmico descreve um estado no qual as reações de avanço e reserva estão ocorrendo de forma que a quantidade líquida de reagentes permaneça inalterada.
No equilíbrio químico, também é necessário que a matéria não se desloque de uma área para outra como o que acontece quando a difusão está ocorrendo.
Quando um objeto está em equilíbrio térmico, as temperaturas devem ser as mesmas. O exemplo da bebida morna é um exemplo de um sistema que alcança o equilíbrio térmico.
Quando um objeto entra em contato térmico com outro objeto, como o ar, o calor passa de uma concentração mais alta para uma concentração mais baixa – ou seja, de quente para frio. Aliás, isso significa que o gelo não esfria uma bebida, mas a bebida aquece o gelo.
O calor continuará a passar de alta concentração para baixa até que ambos os objetos estejam na mesma temperatura e o equilíbrio térmico seja alcançado.
Equilíbrio é um estado em que nenhuma mudança líquida está ocorrendo. Algo nesse estado pode ser considerado estável, equilibrado ou imutável, e isso é extremamente raro, geralmente existindo apenas por breves períodos de tempo antes que algo perturbe o equilíbrio. Esse conceito é muito importante nas ciências, influenciando tudo, desde a matemática até o estudo do universo, e existem vários tipos diferentes de equilíbrio. Em todos os casos, o termo descreve um estado estável.
A maioria das coisas tende a mudar com o tempo, às vezes devagar e às vezes rapidamente. A tendência constante à mudança dificulta o estabelecimento de um estado de estabilidade, mesmo quando esse estado é criticamente importante. No corpo humano, por exemplo, isso é conhecido como homeostase e é muito desejável – o corpo está constantemente trabalhando para alcançá-lo.
Em um exemplo simples de como a homeostase funciona, as células e seu fluido circundante se esforçam para manter um ambiente isotônico, que permite que o material residual flua para fora de uma célula enquanto o material novo flui, resultando em nenhuma alteração líquida dentro da célula.
Em química, o termo "equilíbrio dinâmico" é às vezes usado para descrever uma situação em que reações e atividades em uma solução são equilibradas por reações opostas, mantendo a solução estável. Em um exemplo simples, uma pessoa pode imaginar colocar duas pessoas em cada extremidade de um poste. Se cada pessoa empurra com força igual contra a extremidade do mastro, o mastro não se move, porque as duas forças opostas se equilibram.
Também desempenha um papel na teoria dos jogos, na forma do equilíbrio simétrico, no qual todos os jogadores em um jogo usam uma estratégia idêntica.
O campo da matemática geralmente está muito interessado nas aplicações desse conceito para tudo, desde explicar como os sistemas econômicos funcionam até explorar problemas e questões complexas na física.
O equilíbrio biológico também é importante. Além do estado de equilíbrio alcançado na homeostase, o corpo também usa os princípios para manter o equilíbrio físico.
O ambiente natural também tenta manter um estado de equilíbrio para poder apoiar os organismos vivos. Os pesquisadores biológicos estão interessados em cenários teóricos, como o que poderia acontecer se a evolução chegasse a um ponto sem mudança líquida e os organismos vivos parassem de evoluir. Essa situação é altamente teórica, porque envolveria a remoção ou o contrapeso das numerosas pressões complexas que fazem com que os organismos vivos evoluam ao longo do tempo.
Fonte: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/phys.libretexts.org/study.com/www.merriam-webster.com/www.wisegeek.org/energyeducation.ca/www.cliffsnotes.com/hydrogen.physik.uni-wuppertal.de/www.tf.uni-kiel.de