Temperatura e Calor
TERMOLOGIA
• É a parte da física que estuda os fenômenos
relativos ao aquecimento, ao resfriamento ou
às mudanças de estado físico em corpos que
recebem ou cedem energia. Temperatura e
Calor são objetos de estudo da Termologia
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Luciana Melo Almeida
Calor
É energia térmica em trânsito entre corpos de
diferentes temperaturas.
Forma de transferência de energia entre os
corpos de maior para os de menor
temperatura.
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Calor
A
Calor
B
TA > TB
A
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B
TA = TB
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Temperatura
O que é temperatura? Quando tocamos um corpo
qualquer, podemos dizer se ele está "frio", "quente" ou
"morno". O tato nos permite ter essa percepção. Mas em
que um corpo "frio" difere de um corpo "quente" ou
"morno"?
As moléculas dos corpos estão em constante movimento,
em constante vibração. A energia de movimento que elas
possuem é chamada energia térmica.
Se pudéssemos enxergar as moléculas de um corpo,
iríamos verificar que naquele que está "frio" elas vibram
menos do que naquele que está "quente".
Temperatura
É a grandeza física que mede o estado de agitação térmica
dos corpos.
EQUILÍBRIO TÉRMICO
Todos os corpos, sempre que possível, tendem a ir
espontaneamente para o mesmo estado térmico.
Portanto:
“Dois ou mais sistemas físicos estão em equilíbrio
térmico entre si quando suas temperaturas são iguais”.
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AS UNIDADES DE MEDIDA DO CALOR
A unidade oficial de calor no Sistema Internacional de
Unidades (SI) é o Joule (J).
No entanto, na resolução de problemas de troca de calor,
dá-se preferência, por razões históricas, à unidade caloria
(cal).
1 cal = 4,18 J
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Tipos de Transmissão
Convecção térmica
É o processo de propagação do calor pela
movimentação da matéria de uma região a outra.
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Convecção Térmica
A transferência de energia por convecção, só ocorre em
materiais fluidos (líquidos ou gases).
É um fenômeno cíclico, no qual formam-se correntes de
convecção, ou seja, o fluido (ar ou água) mais quente tende
a subir e o mais frio tende a descer.
A refrigeração dos alimentos em refrigeradores domésticos,
assim como o aquecimento da água em uma chaleira
acontecem por correntes de convecção.
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Convecção Térmica
As brisas que ocorrem nas regiões litorâneas podem ser
explicadas pela existência de correntes de convecção.
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Tipos de Transmissão
Condução Térmica
É a propagação de calor em que a energia térmica
passa de partícula para partícula, sem transporte de
matéria. Ocorre principalmente nos metais
(condutores térmicos).
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Radiação térmica
É o processo de propagação do calor por emissão
de radiação infravermelha.
É a propagação de calor através de ondas
eletromagnéticas, principalmente os raios
infravermelhos (chamados de ondas de calor).
Ocorre inclusive no vácuo.
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Energia Térmica
É a energia associada ao movimento de translação,
rotação e vibração das partículas de um corpo.
A temperatura é a grandeza física macroscópica
relacionada à movimentação das partículas.
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Calibração ou graduação de um termômetro
Pontos fixos
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Escalas Celsius e Fahrenheit
100
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Temperatura de
ebulição da água
TC
TF
Temperatura de um
sistema qualquer
0
32
Temperatura de
fusão de gelo
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Kelvin: a escala absoluta
 Mínimo da escala: zero
absoluto
 Unidade de temperatura no SI:
kelvin (K)
 Valor em graus Celsius:
subtrair 273 do valor em
kelvins.
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Numa aula de física, um aluno é convocado a explicar fisicamente o que acontece
quando um pedaço de ferro quente é colocado dentro de um recipiente de água fria.
Ele declara: “O ferro é quente porque contém muito calor. A água é mais fria que o
ferro porque contém menos calor que ele. Quando os dois ficam juntos, parte do
calor contido no ferro passa para a água, até que eles fiquem com o mesmo nível de
calor... e aí eles ficam em equilíbrio”. Tendo como referência as declarações do
aluno e considerando os conceitos cientificamente corretos, analise as seguintes
proposições:
Segundo o conceito atual de calor, a expressão “O ferro
é quente porque contém muito calor” está errada.
II. Em vez de declarar: “... parte do calor contido no ferro passa para a água”,
o aluno deveria dizer que “existe uma transferência de temperatura entre eles”.
III. “... até que eles fiquem com o mesmo nível
de calor... e aí eles ficam em equilíbrio” é correto, pois quando dois corpos atingem
o equilíbrio térmico seus calores específicos se igualam.
I.
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RESPOSTA: B
I. Correto. O aluno confunde os conceitos de calor e
temperatura. O calor é energia em trânsito, ou seja, é a
energia térmica que se transfere de um corpo para o
outro. A temperatura, por outro lado, é uma grandeza
associada ao grau de agitação das partículas que
constituem o material em estudo. II. Incorreto. A
transferência é de energia, o que provoca uma variação
de temperatura. III. Incorreto. Aqui o aluno confunde os
conceitos de energia em trânsito (calor) e calor específico.
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Na tabela a seguir, temos os valores das temperaturas dos
pontos de fusão e de ebulição do oxigênio, do fenol e do
pentano. Quais seriam esses valores na escala kelvin?
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Calorimetria
É a parte da Termologia que estuda a quantidade
de calor recebida ou perdida por um corpo.
Quando um corpo recebe ou cede calor,
ocorre
uma
transformação: variação de
temperatura ou mudança de estado físico. No
primeiro caso, dizemos que se trata de calor
sensível e, no segundo, calor latente.
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Calor
Calor: é a transferência de energia térmica entre
corpos com temperaturas diferentes.
A unidade mais utilizada para o calor é
caloria (cal), embora sua unidade no SI seja o joule (J).
A relação entre a caloria e o joule é dada por:
1 cal = 4,186J
EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA
A quantidade de calor sensível recebida ou cedida por um
corpo, em função da variação de temperatura, pode ser
expressa da seguinte forma:
Onde:
Q = quantidade de calor sensível (cal ou J).
c = calor específico da substância que constitui o
corpo (cal/g°C ou J/kg°C).
m = massa do corpo (g ou kg).
Δθ = variação de temperatura (°C).
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Calor sensível
É denominado calor sensível, a quantidade de calor que
tem como efeito apenas a alteração da temperatura de
um corpo.
Exemplo:
Qual a quantidade de calor sensível necessária para
aquecer uma barra de ferro de 2kg de 20°C para 200°C?
Dado: calor específico do ferro = 0,119cal/g°C.
Calor latente
Nem toda a troca de calor existente na natureza se detém
a modificar a temperatura dos corpos.
Em alguns casos há mudança de estado físico destes
corpos. Neste caso, chamamos a quantidade de calor
calculada de calor latente.
A quantidade de calor latente (Q) é igual ao produto da
massa do corpo (m) e de uma constante de
proporcionalidade (L).
Assim:
Calor Latente
Quando:
Q>0: o corpo funde ou vaporiza.
Q<0: o corpo solidifica ou condensa.
Exemplo:
Qual a quantidade de calor necessária para
que um litro de água vaporize? Dado: densidade da
água=1g/cm³ e calor latente de vaporização da
água=540cal/g.