Divulgación Equilibrio térmico

[China]

Buenas tardes! Quisiera me ayudaseis a aclarar algunos conceptos erróneos... según yo creía la energía térmica es debido a la energía cinética de todas las moléculas de un cuerpo o sistema y la temperatura es una medida de esa energía térmica, es decir a más temperatura más velocidad molecular y por tanto más energía térmica. Según esto el flujo de calor se produce de los cuerpos a más temperatura, es decir de más energía térmica a los de menos temperatura, menor energía térmica y por tanto el equilibro térmico se alcanzaba al igualarse las temperaturas de los cuerpos, es decir cuando ambos tienen igual contenido en energía térmica. Y yo contenta con esto....Pero ahora resulta que según creo, lo mencionado solo se cumple si hablamos de cuerpos o sistemas con igual numero de moléculas o partículas... si ese no es el caso.. parece ser que que el hecho de que un cuerpo tenga más T, no quiere decir que tenga más energía térmica... es decir, puedo tener un cuerpo de 1kg a 80ºc y 100 kg del mismo material a 3 ºc y por tanto, tendrá más energía el cuerpo mayor por la cantidad de partículas... y en este caso al ponerlos en contacto fluye calor del cuerpo pequeño a mayor T al grande que está a menor T, es decir, que el flujo es del cuerpo de menos energía al de más energía y entonces el equilibrio térmico se alcanza al igualar las T, sin embargo no se iguala el contenido de energía de los cuerpos.Vamos os he planteado lo que pensaba y lo que creo que sucede en realidad.. a ver si me podéis aclarar algo... principalmente mis mayores errores iniciales serian considerar la T como medida de energía térmica, pues a la vista está que puede haber mayor energía térmica aun teniendo menor temperatura y considerar que en el equilibrio térmico se iguala el contenido en energía térmica pues solo se igualan las T.
Saludos

[Richard R Richard]

Re: Equilibrio térmico

Hola La energía es una propiedad extensiva de un sistema, es decir depende de la cantidad de masa, en cambio la temperatura es una propiedad intensiva.

https://es.wikipedia.org/wiki/Propie...s_y_extensivas

[Alriga]

Re: Equilibrio térmico

... el hecho de que un cuerpo tenga más T, no quiere decir que tenga más energía térmica ...

Como complemento a lo que te explica Richard, te interesará leer el post#2 de este hilo: Parker Solar Probe: La primera misión de la humanidad para tocar el Sol

Saludos.

[China]

Re: Equilibrio térmico

Muchas gracias, por tanto confirmado que es un error que el equilibrio térmico de dos sistemas se alcanza cuando contienen igual energía térmica y me quedo con que es posible trasferir energía de un cuerpo que contiene menor energía térmica a otro que contiene más, siempre y cuento el de más energía esté a menos T no??

[Alriga]

Re: Equilibrio térmico

... es posible trasferir energía de un cuerpo que contiene menor energía térmica a otro que contiene más, siempre y cuento el de más energía esté a menos T no?? ...

Sí, por ejemplo en la conducción, que es el proceso de transmisión de calor basado en el contacto directo entre los cuerpos, el calor fluye siempre desde el cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura que está en contacto con el primero.

Saludos.

[Ulises7]

Re: Equilibrio térmico

El tema es más sutil de lo que comentas porque si añadieras a

el equilibrio térmico de dos sistemas se alcanza cuando contienen igual energía térmica

la frase: "por partícula" entonces sí que sería correcta la aseveración.

Como ya te han comentado la energía es una magnitud extensiva (E), pero si divides por el número de partículas de las cuales está compuesto el sistema (N), obtienes la energía intensiva del sistema ($\epsilon$):

$\epsilon = \dfrac{E}{N}$

Y esta energía sí que será igual en ambos sistemas en el equilibro térmico en una interacción térmica, porque este detalle es importante, estamos hablando de una interacción en la que hay intercambio en forma de calor pero no en forma de trabajo, donde hayan cambios en las magnitudes macroscópicas que definen el sistema. Se puede demostrar que en una interacción térmica el equilibrio se produce sólo cuando los dos sistemas tienen la misma temperatura (a partir del segundo principio de la termodinámica) y entonces tenemos la interacción térmica.

Tu confusión reside probablemente en que veas a la temperatura como una magnitud microscópica y exacta que define la energía de una partícula, pero lo cierto es que las partículas en equilibrio siguen la distribución de Maxwell y cuando uno iguala la energía cinética media de un átomo (gas ideal monoatómico) a su energía térmica:

$\dfrac{1}{2}mv^2 = \dfrac{3}{2}kT \Rightarrow v = \sqrt{\dfrac{3kT}{m}}$

En verdad lo que estamos calculando es la velocidad promedio no la velocidad real de una partícula en particular, ya que estas siguen una distribución. La temperatura es una magnitud macroscópica que nos indica la energía promedio de un sistema pero no la energía exacta de cada partícula de este sistema.

Entonces cuando decimos que la temperatura de ambos sistemas debe ser igual para encontrarse en el equilibrio, estamos forzando a que la energía por partícula en ambos sistemas sea igual, todo como consecuencia de maximizar la entropía (si hay otras variables que cambien, entonces cambian las ligaduras y lo que se maximiza son otras magnitudes relacionadas).