El término equilibrio, que proviene del vocablo latino aequilibrium, tiene varias acepciones. Puede tratarse del estado que registra un cuerpo cuando las fuerzas que influyen sobre él se compensan entre sí; a un peso que, al ser idéntico a otro, lo contrarresta; a la situación del objeto que no se cae pese a su inestabilidad; o a la armonía en distintos elementos.
Térmico, por su parte, es aquello vinculado al calor (la energía que va de un cuerpo a otro, provocando cambios de estado) o a la temperatura (la magnitud que permite expresar el nivel de calor). También se dice que un objeto es térmico cuando logra mantener la temperatura.
Con estas ideas en claro, podemos centrarnos en la definición de equilibrio térmico. Así se denomina a la situación que se alcanza cuando dos cuerpos que tenían distintas temperaturas pasan a tener la misma temperatura. De este modo, se interrumpe el flujo de calor: la energía ya no pasa de un cuerpo a otro justamente porque ambos están en equilibrio térmico.
Cuando dos cuerpos o sistemas que tienen diferentes temperaturas están en contacto, siempre se produce una transferencia de calor. Esta transferencia puede llevarse a cabo por radiación, convección o conducción, desde el cuerpo con más calor hacia el cuerpo con menos calor. El proceso solamente se suspende cuando los cuerpos alcanzan el equilibrio térmico; hasta entonces, ya sea más rápido o más lento, la transferencia se seguirá llevando a cabo.
El equilibrio térmico explica el funcionamiento de los termómetros. Al hacer que un termómetro entre en contacto térmico con un cuerpo, comienza a producirse la transferencia de calor. Solo cuando se alcanza el equilibrio térmico y los dos cuerpos registran el mismo calor, el flujo frena y se puede observar en el termómetro cuál es su temperatura (que, por el equilibrio térmico, es la misma que la del cuerpo en cuestión).
En el año 1931, el astrónomo y físico de origen británico R. H. Fowler enunció la denominada Ley Cero de la Termodinámica, un principio fenomenológico para sistemas que se basa precisamente en el concepto de equilibrio térmico. El enunciado de esta ley es el siguiente:
Si tenemos los sistemas A y B y los ubicamos cada uno en un sitio diferente pero en equilibrio térmico con un tercero, al cual podemos llamar C, los dos primeros también están en equilibrio térmico.
Basta hacer una lectura detenida de este enunciado para entender su base lógica: decir que A y C se encuentran en equilibrio térmico es lo mismo que decir que sus temperaturas son iguales, por lo cual si la temperatura de A es igual a la de C, y la de B es igual a la de C, entonces la de A es igual a la de B. Resulta interesante mencionar que R. H. Fowler enunció esta ley cuando ya existían la primera y la segunda, pero dado que se convirtió en una fuente fundamental para estas dos fue que le asignaron el nombre de ley cero.
La termodinámica es la parte de la física que se encarga de la descripción de los estados de equilibrio de los sistemas y lo hace a nivel macroscópico, es decir sin enfocarse en los fenómenos que tienen lugar a nivel microscópico dentro de las hipótesis que presenta. A pesar de ello, disciplinas como la física estadística sí realizan un estudio microscópico de los fenómenos pertenecientes a la termodinámica, y el equilibrio térmico es uno de ellos.
Si miramos este fenómeno desde una perspectiva microscópica, podemos entender la temperatura en relación a la energía cinética media de las partículas que conforman el sistema, entre las cuales están sus moléculas y sus átomos.
