Equilibrios térmicos

    Cuando se ponen dos cuerpos en contacto a diferentes temperaturas, pasa calor del más caliente al más frío hasta que ambos igualan su temperatura, t. En ese momento se dice que se ha alcanzado el equilibrio térmico, con lo que cesa el tránsito neto de calor.

    El fenómeno expuesto es muy fácilmente reconocible en la vida diaria. Si una persona tiene una naranjada a 18 ºC y le gusta más fría, introduce en ella unos cubitos de hielo (suelen estar a unos –7 ºC). Al entrar en contacto la naranjada con el hielo, la primera cede calor al hielo, con lo que:

    • La naranjada pierde calor y se enfría.

    • El hielo gana calor, llega a la temperatura de fusión y se va derritiendo.

    Cuando naranjada y hielo alcancen la misma temperatura, teóricamente terminará el flujo de calor (aunque ese flujo continuará entre la bebida y el aire de la habitación).

    Así pues, en todo equilibrio térmico existe un cuerpo que cede calor y otro que lo absorbe. El principio de conservación de la energía exige que:

    Calor cedido = Calor absorbido

    En todo caso, el calor cedido o absorbido por m gramos de una sustancia, de calor específico c, al pasar de una temperatura t1 a otra t2, es:

    Q = m · c ·

    siendo la diferencia de temperaturas, que debe ser siempre positiva.

    Problema. Se tienen 50 litros de agua a 80 ºC. ¿Cuántos litros de agua a 20 ºC habrá que añadirles para que la mezcla esté a 45 ºC?

    Solución. Si la temperatura de equilibrio es 45 ºC, dado que el calor específico del agua es la unidad, llamando m a los litros de agua buscados:

    Calor perdido por la primera masa de agua: Q = 50 · 1 (80 – 45) (1)

    Calor absorbido por la segunda masa de agua: Q’ = m · 1 (45 – 20) (2)

    Igualando (1) y (2):

    50 · 1 · (80 – 45) = m · 1 (45 – 20) m = 116 litros