Baño térmico

En termodinámica, un baño térmico es un sistema (S) cuya capacidad calorífica es tan grande que, cuando se halla en contacto con un sistema de prueba ${\displaystyle (\Sigma )}$, la temperatura de (S) permanece constante. Se trata de un sistema ideal que constituye una reserva infinita de energía.

Sea (S) un baño térmico de volumen constante a temperatura ${\displaystyle T_{0}}$. Si el baño térmico se pone en contacto con el sistema de prueba ${\displaystyle (\Sigma )}$, y recibe el calor elemental ${\displaystyle \delta Q}$, la energía interna U del baño térmico varía según:

${\displaystyle dU\ =\ \delta Q}$

conforme al primer principio de la termodinámica. Si el volumen del baño térmico permanece constante, se cumple:

${\displaystyle dU\ =\ C_{V}\ dT_{0}}$

donde ${\displaystyle C_{V}}$ es la capacidad calorífica a volumen constante del baño térmico y ${\displaystyle dT_{0}}$ su incremento de temperatura. De la definición capacidad calorífica a volumen constante se obtiene:

${\displaystyle dT_{0}\ =\ {\frac {\delta Q}{C_{V}}}}$

Por lo tanto, para que el incremento de temperatura del baño térmico sea nulo, la capacidad térmica del baño térmico tiene que ser infinita:

${\displaystyle C_{V}\ =\ +\ \infty }$

Dado que la capacidad térmica a volumen constante es una magnitud extensiva, el número de moles del baño térmico tiene que ser infinito:

${\displaystyle n\ =\ {\frac {C_{V}}{C_{V_{m}}}}\ =\ +\ \infty }$

En la práctica, la condición para que un sistema (S) se considere un baño térmico respecto a otro ${\displaystyle (\Sigma )}$, radica en que el número de moles de (S) sea superior al número de moles de ${\displaystyle (\Sigma )}$ en varios órdenes de magnitud.

${\displaystyle n_{(S)}\ \gg \ n_{(\Sigma )}}$

• Calor
• Capacidad calorífica
• Colectividad canónica
• Teorema de equipartición