La transferencia de calor es el intercambio de
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El equilibrio termodinámico puede definirse como el estado terminal de un sistema macroscópico cuando se han eliminado todas las influencias externas y todas las propiedades del sistema se han vuelto independientes del tiempo. El estado macroscópico de un sistema en equilibrio termodinámico se caracteriza por unas pocas magnitudes físicas (variables termodinámicas) cuyos valores no dependen de la historia del sistema.
La mención a las “influencias externas” es importante para excluir los sistemas estacionarios que no corresponden al sistema en equilibrio (por ejemplo, un trozo de metal con temperaturas diferentes en los lados extremos; en ese caso, es posible obtener un estado estacionario pero en presencia de un flujo de calor).
El concepto aparentemente simple de equilibrio termodinámico no podía ser sencillo de comprobar en sistemas reales. Feynman, al principio de su libro sobre Mecánica Estadística, escribió que tenemos equilibrio térmico.
Qué es el equilibrio térmico en física
El calor es el flujo de energía de una temperatura alta a una temperatura baja. Cuando estas temperaturas se equilibran, el calor deja de fluir, entonces se dice que el sistema (o conjunto de sistemas) está en equilibrio térmico. El equilibrio térmico también implica que no hay materia que entre o salga del sistema[1] La ley zerótica de la termodinámica utiliza el equilibrio térmico para definir cómo se puede decir que dos sistemas diferentes están a la misma temperatura. Por ejemplo, cuando la roca fundida sale de un volcán, desprenderá calor a la atmósfera hasta que la roca y la atmósfera estén a la misma temperatura. Aunque los dos sistemas (roca y aire) son muy diferentes, el equilibrio térmico permite definir la temperatura de ambos.
Todos los sistemas tienden a alcanzar el equilibrio térmico con el tiempo, y algunos sistemas tardarán mucho más que otros. Saber que los sistemas que interactúan tienden a la misma temperatura permite importantes aplicaciones en todas las áreas de la ciencia. Por ejemplo, la capacidad calorífica específica de una sustancia puede determinarse colocándola en agua y midiendo la temperatura después de un periodo de tiempo[2].
Equilibrio termodinámico
En termodinámica, se dice que un sistema termodinámico está en equilibrio termodinámico cuando está en equilibrio térmico, mecánico y químico. El estado local de un sistema en equilibrio termodinámico viene determinado por los valores de sus parámetros intensivos, como la presión, la temperatura, etc. En concreto, el equilibrio termodinámico se caracteriza por el mínimo de un potencial termodinámico, como la energía libre de Helmholtz, es decir, sistemas a temperatura y volumen constantes:
El proceso que conduce a un equilibrio termodinámico se denomina termización. Un ejemplo de ello es un sistema de partículas que interactúan y que no son perturbadas por influencias externas. Al interactuar, compartirán energía/momento entre ellas y alcanzarán un estado en el que las estadísticas globales no cambian en el tiempo.
La termodinámica se ocupa de los estados de equilibrio. La palabra “equilibrio” implica un estado de equilibrio. En un estado de equilibrio, no hay potenciales desequilibrados (o fuerzas impulsoras) con el sistema. Un sistema que está en equilibrio no experimenta cambios cuando está aislado de su entorno.
Explique el equilibrio térmico con un ejemplo
La temperatura, como sabes, mide lo caliente o frío que está un cuerpo con respecto a un objeto estándar. Para hablar de los cambios de temperatura, son importantes dos conceptos básicos: el contacto térmico y el equilibrio térmico. Dos objetos están en contacto térmico si pueden afectar a la temperatura del otro. El equilibrio térmico existe cuando dos objetos en contacto térmico ya no afectan a la temperatura del otro. Por ejemplo, si un cartón de leche del frigorífico se coloca en la encimera de la cocina, los dos objetos están en contacto térmico. Al cabo de varias horas, sus temperaturas son las mismas y se encuentran en equilibrio térmico.
