Equilibrio térmico: 60 ejemplos y ejercicios resueltos

El equilibrio térmico es el estado al que llegan dos cuerpos en contacto cuando dejan de intercambiar calor porque han alcanzado la misma temperatura. Ocurre a nuestro alrededor constantemente: el café que se enfría en la taza, el hielo que se funde en un refresco o el termómetro que, tras unos minutos bajo el brazo, marca nuestra temperatura. En este artículo encontrarás su definición, la ley cero de la termodinámica, más de 60 ejemplos cotidianos y ejercicios resueltos con cálculos.

¿Qué es el equilibrio térmico?

Se dice que dos sistemas están en equilibrio térmico cuando, puestos en contacto, no hay flujo neto de calor entre ellos. Mientras sus temperaturas son distintas, el calor pasa espontáneamente del cuerpo más caliente al más frío; el caliente se enfría, el frío se calienta y el proceso se detiene cuando ambos alcanzan una temperatura común, llamada temperatura de equilibrio.

Este hecho se resume en la ley cero de la termodinámica: si un cuerpo A está en equilibrio térmico con un cuerpo C, y B también lo está con C, entonces A y B están en equilibrio térmico entre sí. El nombre de «ley cero» se popularizó con el físico británico Ralph H. Fowler en la década de 1930, cuando ya existían la primera y la segunda ley, porque se consideró más fundamental que ellas. Esta ley es la que justifica el uso de los termómetros: el termómetro (C) se pone en equilibrio con el cuerpo y marca su temperatura.

Características y fórmulas

El calor fluye del cuerpo caliente al frío, nunca al revés de forma espontánea (segunda ley de la termodinámica).
El calor cedido es igual al calor absorbido si el sistema está aislado: Q_cedido + Q_absorbido = 0.
El calor sensible se calcula con Q = m · c · ΔT, donde m es la masa, c el calor específico y ΔT la variación de temperatura.
En un cambio de estado la temperatura no varía y el calor se calcula con Q = m · L (L, calor latente).
La temperatura de equilibrio queda entre las temperaturas iniciales y más cerca de la del cuerpo con mayor capacidad calorífica (m · c).
El tiempo necesario depende de la conductividad de los materiales, la superficie de contacto y la diferencia de temperatura.

Sustancia	Calor específico aproximado (J/(g·°C))
Agua líquida	4,18
Hielo	2,09
Aire (a presión constante)	1,0
Aluminio	0,90
Vidrio	0,84
Hierro	0,45
Cobre	0,385
Plomo	0,13

Ejemplos de equilibrio térmico

En la cocina y la mesa

Un café recién hecho que se enfría hasta la temperatura de la habitación.
Los cubitos de hielo que enfrían un refresco hasta fundirse.
Una cuchara metálica que se calienta al dejarla en la sopa.
Añadir leche fría al café para templarlo.
Mezclar agua del grifo caliente y fría para obtener agua templada.
Sumergir huevos cocidos en agua fría para que se enfríen.
Una lata que se enfría en la nevera hasta igualarse con su interior.
Una botella de vino en una cubitera con hielo y agua.
Un plato de comida que, sacado de la nevera, llega a temperatura ambiente.
Descongelar carne dentro de la nevera.
La masa de pan que se templa antes de hornear.
Dejar reposar un asado: el calor del exterior se reparte hacia el centro.
El baño maría, donde el recipiente interior se iguala con el agua caliente.
Un vaso de cristal que se calienta al servir una infusión.
Un helado que se funde al contacto con el aire caliente.
Una sartén que se enfría al apartarla del fuego.
El aceite caliente que pierde temperatura al echar patatas frías.

En el cuerpo humano y la salud

El termómetro clínico, que necesita unos minutos para igualarse con el cuerpo.
Una bolsa de agua caliente que calienta los pies en la cama.
Una compresa fría o una bolsa de hielo sobre un golpe.
Las manos frías que se calientan al rodear una taza caliente.
El agua de la bañera del bebé, que se comprueba con el codo.
Una persona que entra en una piscina fría y siente frío al principio.
Las sábanas frías que se templan con el calor del cuerpo.
El agua de la bañera, que se va enfriando mientras te bañas.
Una pomada que se calienta al extenderla sobre la piel.
Un paño húmedo en la frente que se calienta con la fiebre.

En casa y en la vida diaria

Una habitación que, tras apagar la calefacción, se enfría hasta igualarse con el exterior.
El agua de un termo que, con las horas, acaba a temperatura ambiente.
La ropa recién planchada que se enfría al doblarla.
Un coche aparcado al sol cuyo interior se calienta.
Las baldosas del suelo que parecen más frías que la alfombra, aunque ambas están a la misma temperatura (el suelo conduce mejor el calor).
Una piedra que se calienta en la mano.
Un vaso de agua que, olvidado en la mesa, acaba a la temperatura del salón.
Una botella de plástico con agua congelada en una nevera portátil.
La leche del biberón que se templa en agua caliente.
El radiador que calienta el aire de una habitación.
Una plancha desenchufada que se enfría poco a poco.
Un cubo de agua al sol que se templa a lo largo del día.

En la industria y la técnica

El temple del acero: la pieza caliente se sumerge en agua o aceite.
El intercambiador de calor de una caldera.
El radiador del motor de un coche, que cede calor al aire.
Los disipadores de un procesador de ordenador.
El agua de refrigeración de una central térmica.
El calorímetro de laboratorio para medir calores específicos.
La pasta térmica entre el procesador y el disipador.
Las cámaras frigoríficas que conservan alimentos.
Un molde de fundición que absorbe el calor del metal líquido.
Los serpentines de un alambique para condensar vapor.
El recocido del vidrio soplado, que se enfría lentamente en un horno.

En la naturaleza

Un lagarto que se calienta al sol sobre una roca.
Los animales de sangre fría que adoptan la temperatura del agua.
El agua de un lago que se va templando en primavera.
La nieve que se funde al contacto con el suelo más cálido.
Una piscina descubierta que se enfría durante la noche.
La lava que se enfría y solidifica al llegar al mar.
Una roca del desierto que se enfría durante la noche.
Un iceberg que se funde al derivar hacia aguas más templadas.
El agua de un charco que acaba a la temperatura del aire.
El agua de un río de montaña que se calienta al bajar al valle.
La arena de la playa que se enfría al atardecer.

Tipos de procesos hacia el equilibrio

Por conducción: contacto directo entre sólidos (la cuchara en la sopa).
Por convección: movimiento de un fluido (el aire caliente que sube desde un radiador).
Por radiación: ondas electromagnéticas, sin necesidad de contacto (el Sol calentando la piel).
Sin cambio de estado: solo varía la temperatura (agua caliente con agua fría).
Con cambio de estado: parte del calor se emplea en fundir o evaporar (hielo en un vaso de agua).

Ejercicios resueltos

★ Practica paso a paso

1. Se mezclan 200 g de agua a 80 °C con 300 g de agua a 20 °C. ¿Cuál es la temperatura de equilibrio?

Al ser la misma sustancia, el calor específico se simplifica: T = (200 · 80 + 300 · 20) / (200 + 300) = 22 000 / 500 = 44 °C.

2. Un trozo de hierro de 100 g a 100 °C se introduce en 200 g de agua a 20 °C. Calcula la temperatura final (c_hierro = 0,45 J/(g·°C); c_agua = 4,18 J/(g·°C)).

Calor cedido = calor absorbido: 100 · 0,45 · (100 − T) = 200 · 4,18 · (T − 20). Queda 4500 − 45T = 836T − 16 720, de donde 881T = 21 220 y T ≈ 24,1 °C.

3. Se echan 50 g de hielo a 0 °C en 200 g de agua a 30 °C. ¿Cuál es la temperatura final? (L_fusión = 334 J/g)

Fundir el hielo requiere 50 · 334 = 16 700 J; el agua puede ceder hasta 200 · 4,18 · 30 = 25 080 J al llegar a 0 °C, así que todo el hielo se funde. Planteamos 200 · 4,18 · (30 − T) = 16 700 + 50 · 4,18 · T → 25 080 − 836T = 16 700 + 209T → 1045T = 8380 → T ≈ 8,0 °C.

4. Un termómetro marca 22 °C y lo colocamos bajo la axila. ¿Por qué hay que esperar varios minutos?

Porque el termómetro debe alcanzar el equilibrio térmico con el cuerpo; solo entonces su temperatura coincide con la nuestra (ley cero).

5. Una alfombra y unas baldosas están en la misma habitación a 20 °C. ¿Por qué las baldosas se notan más frías al pisarlas descalzo?

Ambas están a la misma temperatura, pero la baldosa conduce mejor el calor y extrae más rápido el calor del pie, lo que interpretamos como frío.

Importancia del equilibrio térmico

El equilibrio térmico es la base de la medida de la temperatura, de la calorimetría y del diseño de neveras, calefacciones, motores o aparatos electrónicos. Explica por qué se enfría la comida, cómo regulan su temperatura los seres vivos y por qué es necesario aislar las casas. En física y química permite calcular calores específicos y calores de reacción. Para profundizar, consulta la conducción del calor y la diferencia entre calor y temperatura.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el equilibrio térmico?

Es el estado en que dos cuerpos en contacto alcanzan la misma temperatura y dejan de intercambiar calor. Por ejemplo, un café caliente que acaba a la temperatura de la habitación.

¿Qué dice la ley cero de la termodinámica?

Que si dos cuerpos están cada uno en equilibrio térmico con un tercero, también lo están entre sí. Es el principio que permite medir temperaturas con un termómetro.

¿Cómo se calcula la temperatura de equilibrio?

Igualando el calor cedido por el cuerpo caliente al absorbido por el frío, con Q = m · c · ΔT para cada uno, y despejando la temperatura final común.

¿Cuánto tarda en alcanzarse el equilibrio térmico?

Depende de la diferencia de temperatura, de la masa y el calor específico de los cuerpos, del material y de la superficie de contacto. Puede ser segundos o horas.

¿Es lo mismo calor que temperatura?

No. La temperatura mide el grado de agitación de las partículas de un cuerpo; el calor es la energía que se transfiere entre cuerpos a distinta temperatura. En el equilibrio, la temperatura es igual y el flujo neto de calor es nulo.

Referencias

Tipler, P. A. y Mosca, G. Física para la ciencia y la tecnología. Barcelona: Reverté.
Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. México: Cengage Learning.
Çengel, Y. A. y Boles, M. A. Termodinámica. México: McGraw-Hill.

Cómo citar este artículo

Equipo de Conceptualia. (2026). «Ejemplos de equilibrio térmico». Conceptualia. https://conceptualia.es/ejemplos/ejemplos-de-equilibrio-termico/

Sobre el autor

Conceptualia — El equipo editorial de Conceptualia redacta y revisa cada concepto para que sea claro, riguroso y útil, con ejemplos y ejercicios cuando ayudan a entenderlo.