Che cos'è l'equilibrio termico?
L'equilibrio termico si ottiene quando due oggetti o sistemi raggiungono la stessa temperatura e cessano di scambiare energia attraverso il calore. Quando due oggetti vengono messi insieme, l'oggetto con più energia termica perderà quell'energia sull'oggetto con meno energia termica. Alla fine, le loro temperature saranno uguali e cesseranno di scambiare energia termica poiché nessuno degli oggetti è più caldo o più freddo dell'altro. A questo punto, si trovano in uno stato di equilibrio termico.
Il contatto termico è un concetto importante relativo all'equilibrio termico. I sistemi multipli sono considerati a contatto termico se sono in grado di influenzare le temperature degli altri. Se la bottiglia di soda viene rimossa dal frigorifero e posizionata sul bancone della cucina, che è a temperatura ambiente, il bancone e la bottiglia di soda sono in contatto termico. L'energia termica dal contatore scorre alla bottiglia fredda di soda. Alla fine, le loro temperature saranno uguali e si troveranno in uno stato di equilibrio termico.
Nei sistemi termici che coinvolgono oggetti a contatto termico, il calore fluisce dall'oggetto più caldo, che contiene più energia termica, all'oggetto più freddo, che contiene meno energia termica. Pertanto, oggetti e sistemi possono guadagnare o perdere calore. Tecnicamente non possono ottenere o perdere il freddo, tuttavia, poiché non esiste una "energia fredda" separata. In un sistema termico, l'oggetto più caldo perde energia termica nell'oggetto più freddo fino al raggiungimento dell'equilibrio.
Il concetto di equilibrio termico viene spesso utilizzato e studiato nel campo della chimica, in particolare nello studio della termodinamica. La termodinamica viene generalmente insegnata a livello introduttivo nei corsi di chimica delle scuole superiori, ma è un argomento molto complesso che non viene completamente spiegato agli studenti fino alle lezioni di chimica e fisica avanzate al college.
Insieme al suo posto in laboratorio, l'equilibrio termico ha un posto molto importante in natura. I sistemi chimici esistono in molte cose viventi e non viventi in natura, e mantenere tali sistemi in uno stato di equilibrio è molto importante. Nel corpo umano, ad esempio, gli enzimi sono coinvolti in innumerevoli reazioni chimiche che sono vitali per la vita. Gli enzimi, tuttavia, diventano inutili quando raggiungono una temperatura troppo alta o troppo bassa. Devono rimanere in equilibrio costante per rimanere funzionali e devono rimanere funzionali affinché il corpo umano stesso funzioni.