Um corpo A está em equilíbrio térmico com um corpo B quando a energia térmica armazenada em ambos for igual.
Escolha uma opção:
  • Verdadeiro
  • Falso

Passo 1

Enunciado: “Um corpo A está em equilíbrio térmico com um corpo B quando a energia térmica armazenada em ambos for igual.”
Escolha entre: Verdadeiro ou Falso.
Informações dadas: a frase a avaliar e as duas opções de resposta.
O enunciado pede para avaliar se a afirmação sobre equilíbrio térmico e energia térmica armazenada é verdadeira ou falsa, dado o conhecimento sobre termodinâmica.

Passo 2

O que significa “equilíbrio térmico”? Vou explicar devagar: dizer que dois corpos estão em equilíbrio térmico significa que, quando colocados em contato térmico (permitindo troca de calor), não há fluxo líquido de calor entre eles. Em linguagem simples: eles não trocam calor quando chegam ao equilíbrio. Em termos práticos, isso quer dizer que suas temperaturas são iguais. Ou seja, em equilíbrio térmico vale
T_A = T_B,
onde \,T_A\ é a temperatura do corpo A e \,T_B\ é a temperatura do corpo B.

Passo 3

Agora precisamos entender o que é “energia térmica armazenada”. Um jeito comum de falar disso é “energia interna térmica” ou simplesmente “energia interna” do corpo, que representa a soma das energias microscópicas (energia cinética de agitação, energia potencial entre partículas, etc.). Importante: a energia interna de um corpo depende de vários fatores, não só da temperatura. Entre os fatores que influenciam estão a massa do corpo e sua capacidade térmica (quantos joules são necessários para mudar sua temperatura).

Passo 4

Vou apresentar uma fórmula simples e muito útil para sólidos e líquidos em variações de temperatura pequenas: a variação da energia interna associada à variação de temperatura é dada por
\Delta U = m\,c\,\Delta T,
onde \,m\ é a massa do objeto, \,c\ é o calor específico (capacidade térmica massiva) e \,\Delta T\ é a variação de temperatura. Isso mostra que, para uma mesma temperatura, corpos com massas ou calores específicos diferentes podem ter valores absolutos de energia interna diferentes. Para um gás ideal monoatômico, existe outra expressão útil:
U = n\,C_V\,T,
onde \,n\ é o número de mols e \,C_V\ é a capacidade térmica molar a volume constante; aqui também vemos que U é proporcional a T mas multiplicado por fatores que dependem da quantidade de substância e do tipo de material.

Passo 5

Vou fazer um exemplo numérico bem direto para fixar a ideia (não precisa decorar os números, é só pra entender). Considere dois corpos à mesma temperatura \,T=300\\ \text{K}. Corpo A: água com massa \,m_A=1\\ \text{kg} e calor específico aproximado \,c_A=4184\\ \text{J/(kg·K)}. Corpo B: alumínio com massa \,m_B=1\\ \text{kg} e calor específico aproximado \,c_B=900\\ \text{J/(kg·K)}. Se tomarmos como referência uma energia proporcional a m c T (só para comparar ordens de grandeza), obtemos
U_A \propto m_A c_A T = 1\cdot 4184 \cdot 300 = 1\,255\,200\\ \text{J (escala)},
U_B \propto m_B c_B T = 1\cdot 900 \cdot 300 = 270\,000\\ \text{J (escala)}.
Ambos têm a mesma temperatura ( 300\\ \text{K}), ou seja, estariam em equilíbrio térmico, mas os valores de energia térmica/energia interna são muito diferentes por causa dos diferentes calores específicos. Isso mostra claramente que igualdade de temperatura (equilíbrio térmico) não implica igualdade da energia térmica armazenada.

Passo 6

Resumo da ideia-chave (calma, você consegue): equilíbrio térmico implica igualdade de temperatura e ausência de fluxo de calor, não igualdade da energia interna absoluta. A energia interna depende também de massa, composição e propriedades termofísicas do material.
Logo, a afirmação é falsa.

Resposta

Falso

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