Enunciado
Física - Física para Cientistas e Engenheiros - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica: Volume 1 - 6ª Edição - Mosca, Tripler- Ed: 6º - Capítulo 17.1 - Ex. 2
Como é que você pode determinar se dois corpos estão em equilíbrio térmico entre si se colocá-los em contato físico um com o outro pode ter efeitos indesejáveis? (Por exemplo, se você coloca um pedaço de sódio em contato com água pode ocorrer uma violenta reação química.)
Passo 1
Oi pessoal, tudo bem? O enunciado quer uma forma de provar que dois corpos estão em equilíbrio térmico sem que eles se encostem. Vamos pensar:
Dois corpos atingem o equilíbrio térmico depois de um tempo em que eles estão em contato. Nesse tempo, suas temperaturas atingem um mesmo valor, intermediário entre as temperaturas iniciais de cada corpo separado.
A gente quer confirmar que dois corpos estão em equilíbrio térmico.
Basicamente a gente quer confirmar que as temperaturas deles são iguais
Se a gente pudesse encostar um no outro e deixar, com o tempo os dois ficariam na mesma temperatura, e assim atingiriam o equilíbrio térmico. Mas a gente não pode ☹
Passo 2
Mas digamos que a gente tem um terceiro corpo, que é inerte (seus componentes não reagem com os componentes de outro corpo) em relação ao primeiro e ao segundo corpo.
Para provar que o corpo 1 está em equilíbrio térmico com o 3, a gente pode encostar eles dois e deixar, certo? Aí com o tempo eles ficam com a mesma temperatura final , ou seja, atingem o equilíbrio térmico.
Passo 3
Agora vem o pulo do gato. Se a gente pegar o corpo 2 e encostar ele só o corpo 3, eles vão entrar em equilíbrio térmico, né? Mas repara que o 3 está em contato com o corpo 1. Então eles também vão ficar em equilíbrio.
Já que vamos ter
Pelo equilíbrio entre 1 e 3. E vamos ter
Pelo equilíbrio entre 2 e 3. Podemos concluir que
Ou seja,
Os corpos 1 e 2 vão estar em equiibrio térmico!
Resposta
Pessoal, a melhor maneira de determinar o equilíbrio térmico é usar um terceiro corpo que irá funcionar como um termômetro. Se cada corpo estiver em equilíbrio térmico com o terceiro, então eles estarão em equlibrio térmico entre si.