domingo, 30 de enero de 2011

Equilibrio Térmico

Cuando entramos a la regadera, lo primero que hacemos es, usualmente, abrir las llaves del agua y buscar esa temperatura cómoda para entrar. Sin saberlo, estamos ocupando una de las leyes más fundamentales de la termodinámica, aquella que permite que dos o mas sistemas alcancen un equilibrio térmico.

Pero, ¿Qué es el equilibrio térmico? Wikipedia nos dice "Dos sistemas que están en contacto mecánico directo o separados mediante una superficie que permite la transferencia de calor lo que se conoce como superficie diatérmica, se dice que están en contacto térmico.
Consideremos entonces dos sistemas en contacto térmico, dispuestos de tal forma que no puedan mezclarse o reaccionar químicamente. Consideremos además que estos sistemas están colocados en el interior de un recinto donde no es posible que intercambien calor con el exterior ni existan acciones desde el exterior capaces de ejercer trabajo sobre ellos. La experiencia indica que al cabo de un tiempo estos sistemas alcanzan un estado de equilibrio termodinámico que se denominará estado de equilibrio térmico recíproco o simplemente de equilibrio térmico.
El concepto de equilibrio térmico puede extenderse para hablar de un sistema o cuerpo en equilibrio térmico. Cuando dos porciones cuales sean de un sistema se encuentran en equilibrio térmico se dice que el sistema mismo está en equilibrio térmico o que es térmicamente homogéneo."

Las copias provistas por el maestro nos dicen "...Todo estado de un sistema, en el cual Y y X toman valores definidos que permanecen constantes mientras no se modifiquen las condiciones externas, se dice que es un estado de equilibrio. La experiencia demuestra que la existencia de un estado de equilibrio en un sistema depende de la proximidad de otros sistemas y de la naturaleza de la pared de separacion entre ellos. Las paredes pueden ser adiabáticas o diatérmanas. Si una pared es adiabática, un estado de el sistema A puede coexistir en equilibrio con un estado para el sistema B..." En resumidas cuentas, si la pared fuera adiabática (Es decir, que no permite el intercambio térmico) la Temperatura de A no cambiaría con la temperatura de B, sin importar cual fuera esta, pero ya metimos la palabra temperatura, algo que explicaremos en otro espacio.

Por ahora, cave mencionar que solo el vacío perfecto (Que no existe) sería una pared completamente adiabática, y ni siquiera del todo perfecta pues solo evitaría el intercambio de calor por conducción o convección, la radiación aún viaja a través del vacío. Estos tres conceptos no los tocaremos porque no corresponden con el equilibrio térmico a nivel macroscópico, pero los mencionaremos algunas veces.



La ley que de esta observación se desprende es conocida cómo la ley cero de la termodinámica. Un sistema A que está en contacto con un sistema C a través de una pared diatérmana, y que este a su vez está en contacto con un sistema B con la misma condición, pero que está separado de A por una pared adiabática, alcanzará en un tiempo dado el equilibrio con C, y puesto que este alcanza también el equilibrio con B, A y B alcanzarán un equilibrio térmico.

En resumen: Dos sistemas en equilibrio térmico con un tercero están en equilibrio entre si.

Y que bueno que así sea, de lo contrario y si los sistemas no alcanzaran equilibrio térmico, esa ducha que pensábamos tomar en un inicio no la disfrutaríamos para nada, primero, porque no podríamos sentir si el agua está caliente o no, y segundo, porque si lo sintiéramos, notaríamos un cambio de calor intermitente, mientras que el agua fría y el agua caliente nos golpean sin alcanzar un equilibrio.

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