Calor
e temperatura
Capítulo 2: Energia, uma presença
universal
O calor é uma das formas de energia mais importantes no nosso mundo. Sem o calor do Sol, a vida na Terra
seria impossível. Se não existisse o fogo, as pessoas não
poderiam se manter aquecidas ou cozinhar alimentos; também não poderiam dirigir carros, e não seria possível lançar
foguetes no espaço. Da mesma forma, o “frio” (isto é, a
ausência de calor) também é importante: muitas criaturas
só podem sobreviver em climas congelantes; e até as pessoas precisam do “frio”, para preservar os alimentos, por
exemplo.
Por outro lado, as sensações térmicas de quente e
frio são relativas: um iceberg é excepcionalmente quente se
comparado com a temperatura do zero absoluto (o mais frio
dos “frios”), enquanto um dia de verão na Terra pareceria
extremamente frio se comparado com a temperatura do
núcleo do Sol.
Na história da civilização ocidental, já na Antiguidade, os filósofos gregos debatiam a natureza do calor,
propondo duas possibilidades: ele estaria associado a um
tipo de fluído (denominado calórico), ou à manifestação de
vibrações das partículas que compõem os corpos.
A discussão acerca da natureza do calor e da temperatura desenrolou-se como uma novela de muitos capítulos.
Foi somente na segunda metade do século XIX (por volta
de 1850) que os cientistas concordaram que os conceitos de
calor e temperatura estão relacionados com uma forma de
energia denominada energia térmica, a qual estava associada à agitação dos átomos e moléculas que compõem a matéria.

Energia térmica: O conceito de calor
Os átomos e moléculas constituintes de um material, seja
quente, morno, frio ou gelado, estão sempre em contínuo movimento aleatório, que chamamos de agitação molecular. Associada ao movimento desses constituintes elementares da matéria
existe uma forma de energia denominada energia térmica.
Quando dois corpos são colocados em contato, em geral
ocorre transferência de energia térmica de um corpo para outro.
Essa energia térmica em trânsito é denominada calor. A idéia
de que o calor é uma forma de energia só foi estabelecida em
Física a partir do século XIX; até então entendia-se erroneamente o calor como uma espécie de fluído que se incorporava aos
corpos.
Observe que, se colocarmos um recipiente contendo água
sobre a chama de um bico de gás, o calor absorvido da chama
serve para aumentar o movimento das moléculas da água: sua
energia térmica aumenta. Por outro lado, quando colocamos água
na presença de gelo, a água perde calor (energia), que se reflete
em uma diminuição do movimento molecular: sua energia térmica diminui. No exemplo acima, citamos corpos ―quentes‖ (o
bico de gás) e corpos ―frios‖ (o gelo), e note que ao utilizar os
termos ―quente‖ e ―frio‖, estamos introduzindo uma noção
subjetiva de estado térmico, baseada em sensações percebidas
pelo sentido do tato. De modo geral o calor pode transferir-se
de um corpo para outro, quando um deles está mais quente do
que o outro. Assim sendo, podemos formalizar o conceito de
calor assim:
Calor é a energia térmica transferida entre dois corpos, quando
existe uma diferença de estado térmico entre eles, isto é, quando um
deles está mais quente do que o outro.

Temperatura: a matéria agitada
Um corpo pode encontrar-se em diferentes estados
térmicos: gelado, frio, morno ou quente. A noção de temperatura é intuitiva e surge das sensações de quente e frio que
sentimos quando tocamos corpos em diferentes estados térmicos. Dizemos que a temperatura de um corpo está aumentando
ou diminuindo conforme o corpo esteja, respectivamente,
esquentando ou esfriando. Do ponto de vista microscópico, a
temperatura está ligada ao fato de que os átomos e moléculas
que constituem um corpo estão em constante agitação. Ao ser
aquecido, um objeto recebe energia (calor), fazendo com seus
constituintes (átomos e moléculas) passem a se agitar mais
intensamente. Isto nos leva a concluir que a temperatura de
um objeto está relacionada com o grau de agitação interna de
seus constituintes microscópicos.
Observe que tanto a temperatura como o calor estão
relacionados com a agitação do material. A diferença é que a
quantidade de calor emitida por uma corpo depende da
quantidade de material considerada. Por outro lado, a temperatura depende somente do grau de agitação térmica do material, o qual não depende da quantidade de material considerado. Para ilustrar melhor esta idéia, considere uma chapa de
ferro quente. Se reduzirmos ela pela metade, a quantidade de
calor emitida também será reduzida pela metade. No entanto,
o grau de agitação molecular, e consequentemente, a temperatura continuará sendo igual à temperatura da chapa inteira.
Portanto, podemos apresentar o conceito de temperatura da
seguinte forma:
Temperatura é uma grandeza física que mede o grau de agitação dos átomos e moléculas constituintes da matéria. A temperatura pode ser interpretada com sendo uma medida indireta da
energia térmica por molécula do material.

Equilíbrio térmico: uma tendência natural
Experimentalmente, verifica-se que quando dois ou
mais objetos estão em contato, suas temperaturas tendem a se
igualar, de modo que ao final de um certo tempo, os dois objetos ficam com a mesma temperatura, ou seja, atingem o equilíbrio térmico. De fato, de nossa experiência da dia a dia,
sabemos que após um certo tempo a sopa quente e a cerveja gelada que deixamos sobre a mesa, entram em equilíbrio
térmico com o ar que as envolve, ficando todos à temperatura
ambiente (temperatura do ar).
De fato, o café quente perde calor para o ambiente
(suas moléculas diminuem a agitação) e a cerveja gelada absorve calor do ambiente (suas moléculas aumentam a agitação), até que seja atingido o equilíbrio térmico, onde todos os
corpos tem o mesmo grau de agitação molecular.
Sensações de frio e calor
Vimos acima que calor é uma forma de energia que passa de um
corpo quente para um corpo frio. E o ―frio‖, o que é o frio? Para responder a esta questão, inicialmente devemos considerar que todas as coisas
recebem e cedem calor o tempo todo. Quando esta troca é equilibrada,
dizemos que elas estão em equilíbrio térmico. Quando cedem mais do que
recebem, ou vice-versa, é porque estão mais quentes ou mais frias do que
seu ambiente.
Quando se diz que um objeto está frio, significa que ele está menos
quente que o ambiente à sua volta, ou porque está menos quente que a mão
que o toca. A percepção de que alguma coisa está fria está associada ao
fato dela estar tomando calor do ambiente, ou da mão que a toca. Da mesma
forma se diz que alguma coisa está ―quente‖, quando ela está cedendo calor
para o ambiente, ou para a mão que a toca. Em outras palavras, o ―frio‖ é
sensação de perda de calor, isto é, frio é a ausência de calor.
47
Calor e temperatura

Medindo a temperatura
Testando o nosso tato ...
A)
Providencie quatro recipientes, e coloque-os enfileirados sobre
uma mesa, como mostrado na figura abaixo.
Aqueça um pouco a água e coloque no recipiente 1 (Cuidado para
não aquecer demais a água, e depois se queimar!)
C) Nos outros recipientes coloque água da torneira, e no recipiente 4
acrescente gelo.
D) Coloque a mão esquerda no recipiente 2 e a direita no recipiente
3, e aguarde alguns instantes;
E) Em seguida, mude a mão esquerda para o recipiente 1 (com água
quente) e a direita para o recipiente 4 (com gelo), e aguarde alguns instantes.
F) Coloque as mãos novamente, onde estavam anteriormente
(recipientes 2 e 3).
Além da escala Celsius, uma outra escala termométrica usada, principalmente nos países de língua inglesa, é a escala Fahrenheit, proposta pelo físico alemão Daniel Gabriel
Fahrenheit (1686-1736). Na escala Fahrenheit (símbolo oF),
atribui-se o valor 32 ao ponto de gelo, e o valor 212 ao ponto
de vapor, e divide-se o intervalo entre estes dois pontos em
180 partes iguais, cada uma delas correspondendo a um grau
Fahrenheit (1 oF). Originalmente esta escala foi construída,
tomando-se o valor zero (0 oF) como sendo a temperatura de
fusão da salmoura (água do mar), e o valor 100 (100 oF) como
a temperatura ―normal‖ do corpo humano.
temperatura de fusão da salmoura
temperatura de fusão do gelo
temperatura do corpo humano
temperatura de ebulição da água
B)
Se você realizou a experiência sugerida na figura acima,
deve ter tido a sensação de que a água do recipiente 2 está mais
fria do que a água do recipiente 3. Mas elas estão à mesma temperatura, porque ambas foram retiradas da torneira! Como você
pôde ver, o nosso sentido do tato nos engana, e por isso podemos
concluir que o tato não é um bom instrumento para medir
temperaturas!
Os instrumentos que medem a temperatura são denominados termômetros. Os termômetros de líquidos, como o mercúrio
e o álcool, são baseados na propriedade de dilatação térmica desses líquidos (mais adiante estudaremos em detalhes o fenômeno
da dilatação térmica dos materiais). Um termômetro de líquido é
formado por um tubo de vidro oco, no qual é desenhada uma
escala: a escala termométrica. No interior do tubo, existe um
outro tubo, muito fino, denominado tubo capilar. O tubo capilar
contém um líquido, em geral mercúrio (nos termômetros clínicos)
ou álcool (nos termômetros de parede usados para medir a temperatura ambiente).
Quando colocamos o termômetro em contato com um corpo, a altura da coluna de líquido no interior do tubo capilar se
desloca (sobe ou desce) de acordo com a temperatura do corpo, e
estabiliza em um ponto (ponto de equilíbrio térmico), indicando
um número (temperatura) na régua gravada no vidro (escala
termométrica).
Uma escala termométrica é baseada em dois pontos fixos,
isto é, dois estados térmicos em que a temperatura se mantém
constante. Normalmente, usa-se a fusão do gelo e a ebulição da
água sob pressão normal (ao nível do mar), que são os pontos
fixos convencionais.
fusão do gelo
==> ponto de gelo
ebulição da água ==> ponto de vapor

==> 0 oF
==> 32 oF
==> 100 oF
==> 212 oF
Conversão de escalas termométricas
Imagine que você tenha um termômetro graduado ao
mesmo tempo nas escalas Celsius e Fahrenheit. A cada indicação lida na escala Celsius, qual será a medida correspondente
na escala Fahrenheit? Observe a figura abaixo :
Relação entre as graduações das escalas Celsius e Fahrenheit
Note que cada 20 graus que aumenta na escala Celsius, tem-se
um aumento correspondente de 36 graus na escala Fahrenheit,
ou equivalentemente, a cada 1 grau que aumenta na escala
Celsius, tem-se um aumento correspondente de 1,8 na escala
Fahrenheit. Além disso, para o zero da escala Celsius tem-se o
valor 32 na escala Fahrenheit. Assim, para converter de grau
Celsius para grau Fahrenheit deve-se multiplicar a temperatura Celsius por 1,8 e em seguida somar o resultado com 32.
Isto nos leva à fórmula de conversão:
F = 1,8×C + 32
Na fórmula acima, o símbolo C representa a temperatura medida na escala Celsius (°C), enquanto F representa a temperatura medida na escala Fahrenheit (°F). Note que para fazer o
inverso, isto é, converter de graus Fahrenheit para graus Celsius, inicialmente você deve subtrair 32 do valor Fahrenheit, e
em seguida dividir o resultado por 1,8.
A escala termométrica adotada em quase todos os países do
mundo, inclusive o Brasil, é chamada de escala Celsius, construída pelo astrônomo sueco Anders Celsius (1701-1744). Na escala
Celsius (símbolo oC), atribui-se o valor 0 (zero graus Celsius) ao
ponto de gelo (temperatura de fusão do gelo) e o valor 100 (100
graus Celsius) ao ponto de vapor (temperatura de ebulição da
água). Em seguida, a escala é dividida em 100 partes iguais, de
modo que cada uma corresponda a um grau Celsius. Por isso, a
escala Celsius também é conhecida como escala centígrada.
48
Calor e temperatura
Escala Kelvin: a escala absoluta

Exemplos
Como já vimos anteriormente, temperatura é uma medida
do grau de agitação molecular do material. Podemos deduzir,
então, que a menor temperatura corresponde a um estado térmico
em que cessa a agitação térmica, isto é, as moléculas estão em
repouso. Esse limite inferior de temperatura, inatingível na prática, é denominado zero absoluto, e equivale à temperatura de
-273,15 oC (aproximadamente -273 oC).
A essa temperatura, o físico inglês William Thomson –
Lord Kelvin (1824-1907) – atribuiu o número zero (zero Kelvin),
e em seguida, dividiu sua escala em partes iguais às da escala
Celsius; portanto uma variação de um grau nesta escala corresponde a uma variação de um grau na escala Celsius. A escala
assim construída é denominada escala Kelvin, também conhecida
como escala absoluta (porque não admite valores negativos) ou
escala termodinâmica (porque é usada por cientistas e engenheiros nos cálculos mais elaboradas).
Na escala Kelvin (símbolo K), o ponto de gelo ocorre na
temperatura de 273 K, enquanto o ponto de vapor ocorre na temperatura de 373 K, ou seja, a escala Kelvin esta deslocada em 273
unidades, em relação à escala Celsius. Assim, para converter de
graus Celsius para Kelvin basta somar o valor Celsius com 273.
A relação de conversão entre a escala Celsius e a escala Kelvin é:
 = C + 273
Na expressão acima, o símbolo  representa a temperatura medida na escala Kelvin (K) e o símbolo C indica a temperatura medida na escala Celsius (°C), como na fórmula anterior.
Outra relação útil é a fórmula de conversão direta entre as
escalas Kelvin e Fahrenheit:
2. Descubra a temperatura em que os termômetros Celsius
e Fahrenheit dão o mesmo valor.
Resolução: Como não temos valores, vamos representar a temperatura que procuramos por x. Temos então:
C=x
F = 1,8•C + 32
F=x
x = 1,8•x + 32
1x 1,8x = 32
-0,8 x = 32
x = -40
EXERCÍCIOS
1. Determine as temperaturas na escala Fahrenheit, correspondentes ao ponto de vapor (100 oC), ponto de gelo (0 oC), temperatura ambiente (22 oC) e zero absoluto (-273 oC).
2. Determine na escala Celsius, os valores correspondentes ao
ponto de fusão da salmoura (0 oF), à temperatura ―normal‖ do
corpo humano (100 oF) e à temperatura da água na panela de
pressão (248 °F).
3. Em certa época do ano, a temperatura em uma colônia de pingüins é -58 oF. Expresse essa temperatura em graus Celsius e
também na escala Kelvin.
4. O oxigênio entra em ebulição à temperatura de 90 K. Qual é o
valor na escala Celsius? E na escala Fahrenheit?
F = 1,8× + 460
A fórmula acima nos diz que, para converter da escala Kelvin
para a escala Fahrenheit, basta multiplicar a temperatura Kelvin
por 1,8 e em seguida somar o resultado com 460.
Na tabela abaixo esquematizamos o comportamento das
três escalas descritas acima.
Celsius
(°C)
Fahrenheit
(°F)
Kelvin
(K)
Zero absoluto
-273
-460
0
Zero Fahrenheit
-18
0
255
Zero Celsius
0
32
273
Ebulição da água
100
212
373
Regras práticas úteis
 Para fazer a conversão inversa Fahrenheit→Celsius, deve-se
subtrair 32, e em seguida dividir o resultado por 1,8;
 Para fazer a conversão inversa Fahrenheit→Kelvin, deve-se
subtrair 460, e em seguida dividir o resultado por 1,8.
 Uma variação de 1°C equivale a uma variação de 1,8°F, ou

1. Um paciente apresenta temperatura de 102,2°F. Transforme este valor para a escala Celsius, e descubra se o paciente está com febre.
Resolução: Relacionando os dados, temos:
F = 102,2°F
F = 1,8•C + 32
C=x
102,2 = 1,8•x + 32
70,2 = 1,8•x
x = 39°C
seja, para cada aumento de 5 graus Celsius tem-se um aumento equivalente de 9 graus na escala Fahrenheit.
A menor variação da escala Kelvin (1 K) é igual à menor variação da escala Celsius (1°C).
6. O gás hélio torna-se líquido na temperatura de –269°C. Expresse
esta temperatura nas escalas Fahrenheit e Kelvin?
7. (Mackenzie-SP) Um corpo sofre um aumento de temperatura de
30°C. Qual é o aumento (variação) de temperatura correspondente nas escalas Fahrenheit e Kelvin?
8. (F. São Luiz – SP) Sabe-se que a temperatura de fusão do nitrogênio é ―muito baixa‖. Dos valores abaixo, qual deles é o mais
provável?
a) --20 K; b) 77 K; c) --300 °C; d) 300 K; e) --300 °F;
9. Em que temperaturas, o valor medido na escala Celsius é igual
ao negativo do valor medido na escala Fahrenheit?
10. Determine a temperatura em o valor medido na escala Fahrenheit está 60 unidades acima o valor medido na escala Celsius.
13. (U. Mackenzie—SP) Numa cidade da Europa, durante um ano,
a temperatura mais baixa no inverno foi de 23oF, e a mais alta
no verão foi de 86 oF. A variação de temperatura, em graus
Celsius, ocorrida neste período foi de:
A) 28 oC; B) 35°C; C) 40 oC; D) 50,4°C; E) 63 oC;
14. Descubra qual é a temperatura em que o valor medido na escala
Fahrenheit é igual ao valor medido na escala Kelvin.
15. Numa região extremamente gelada, a temperatura varia de
--100°C até –100°F. A variação equivalente na escala kelvin é:
A) zero; B) 200 K; C) 340 K D) 273 K E) 373 K
49
Introdução à Física Térmica
Dilatação Térmica
Um dos efeitos provocados pelo calor é o fenômeno da
dilatação térmica. Esse fenômeno consiste no fato de que,
quando um material é aquecido, em geral, aumenta de tamanho (nos sólidos) ou de volume (nos líquidos). No caso de um
gás contido em um recipiente fechado, a dilatação térmica
provoca o aumento da pressão.
A dilatação térmica dos materiais é uma conseqüência
do fato de que, quando a temperatura aumenta seus átomos e
moléculas agitam-se com maior intensidade, fazendo com que
a distância média entre eles também aumente.

Dilatação dos sólidos
No estado sólido, a matéria tem forma própria e volume definido. Quando aquecido, o sólido tende a dilatar-se em
todas as direções, mas dependendo da forma do objeto considerado, temos os seguintes casos:
1. Dilatação linear: aplica-se para objetos de formato
―alongado‖ (unidimensional) , onde o comprimento é muito maior do que sua largura e altura, como por exemplo,
fios, cordas, barras, bastões, trilhos, etc.
2. Dilatação superficial: aplica-se para objetos de formato
―achatado‖ (bidimensional), de modo que a área de sua
superfície é muito maior que sua espessura. Exemplos:
placas, tampas, lâminas, discos, etc.
3. Dilatação volumétrica: aplica-se para objetos efetivamente tridimensionais, onde comprimento, largura e altura são da mesma ordem de grandeza. Exemplos: cubos,
esferas, paralelepípedos, caixas, vasos, tanques, etc.
As experiências mostram que a variação de tamanho
de um sólido (X), é diretamente proporcional ao seu tamanho
inicial (X0), e à variação de temperatura (T) que ele experimenta. Matematicamente, podemos expressar este fato através
da seguinte fórmula:
X  α  X
0
 T
Na fórmula acima, a constante de proporcionalidade , recebe
o nome de coeficiente de dilatação linear, e depende do tipo
de material de que é feito o objeto. Note que a fórmula acima
pode ser aplicada para qualquer um dos três casos de dilatação
de sólidos (linear, superficial ou volumétrica), bastando tomar
os seguintes cuidados:
Grandeza que mede
o tamanho
Coeficiente de
dilatação
Linear
Comprimento

Superficial
Área
2
Volumétrica
Volume
3
Na tabela abaixo mostramos os valores do coeficiente de dilatação linear,
para alguns materiais conhecidos.
Dilatação térmica é o aumento de tamanho (para
sólidos) ou de volume (para líquidos), quando um material é aquecido, em conseqüência do aumento das
distâncias entre os átomos que o constituem.
Vejamos algumas situações onde ocorre este fenômeno:
 O funcionamento de termômetros de líquidos é baseado na
propriedade de dilatação do líquido em seu interior
(mercúrio ou álcool).
 Tampas metálicas de vidros de conserva, ou tampas plásticas de vidros de esmalte, são facilmente retiradas quando
aquecidas.
 Quando se fazem calçadas com cimento, colocam-se ripas
a intervalos regulares para evitar rachaduras provocadas
pela dilatação térmica (esse problema também é considerado na construção de pontes e viadutos).
 Nos dias quentes os pneus dos carros ficam mais cheios
porque a pressão no seu interior aumenta.
Tipo de
dilatação
Substância
 (oC-1)
Substância
 (oC-1)
gelo
0,000051
ferro
0,000012
zinco
0,000026
vidro
0,000009
chumbo
0,000029
platina
0,0000088
alumínio
0,000023
granito
0,00008
prata
0,000019
tungstênio
0,00004
cobre
0,000017
vidro pirex
0,0000032
ouro
0,000015
diamante
0,000009
Exemplos
1.
A temperatura de um fio de cobre de 120 metros de comprimento, sofre um aumento de 20 oC. Determine a variação de comprimento, e o comprimento final do fio.
Resolução: Substituindo os dados:
Tamanho inicial: X0 = 120 m
Variação de temperatura: T = 20 oC
e aplicando a fórmula acima, temos:
X =   X0  T = 0,00017 120    0,04 08 m
 X = 0,041 m = 41 mm
O comprimento final será:
X = X0 + X = 120 + 0,0408 = 120,0408 m
2.
A área de uma chapa de alumínio mede 2,5 m2 na
temperatura de 15 oC. Calcule a variação de sua
área, entre 15 oC e 180 oC.
Resolução: Tomando os dados:
Tamanho inicial: X 0 = 2,5 m2
Variação de temperatura: T = 180-15 = 165 oC,
Aplicando a fórmula de dilatação, para o caso de dilatação superficial:
X = 2  X0  T = 20,000232,5165 = 0,018975 m2
 X = 0,019 m2
3.
Uma barra de ouro tem 800 cm3 de volume a 20 oC. Calcule a variação de volume entre 20 oC e 30 oC.
Resolução: Tomando os dados:
Tamanho inicial: X0 = 800 cm3
Variação de temperatura: T = 30-20 = 10 oC
Aplicando a fórmula de dilatação, para o caso de dilatação volumétrica:
X = 3  X0  T = 30,0001580010 = 0,36 cm3
 X = 0,36 cm3
4.
Um anel de ferro com raio interno de 3 cm a 10 oC, é aquecido até 110 oC. Determine a variação da área interna
do anel
Resolução: Inicialmente devemos calcular a área interna inicial do anel:
X0 = •R2 = 3,14•32 = 3,14•9 = 28,26 cm2
Observe que a parte oca do anel (área interna) se dilata, como se o anel fosse
um disco sólido de ferro, totalmente preenchido. Assim sendo, podemos aplicar
a fórmula de dilatação, para o caso de dilatação superficial:
X = 2  X0  T = 2•0,000012•28,26•(110-10) = 0,0678 cm2
 X = 0,0678 cm2
OBS: Para calcular a área interna do anel, usamos a fórmula da área de
um círculo de raio R: áreacírculo =  • R2
5
Dilatação Térmica
Coeficiente de dilatação volumétrica de líquidos (oC-1)
Exercícios
1. Um fio de alumínio de 8 metros de comprimento, sofre um aumento de
temperatura de 30 oC. Calcule a variação de comprimento sofrida pelo
fio.
2. Um tubo de ferro de 10 metros de comprimento foi aquecido de –20 oC
a 80 oC. Calcule o comprimento final do fio.
3. A área de uma chapa de ferro vale 8 cm2 a 20 oC. Calcule a variação de
sua área entre 20 oC e 100 oC.
4. Aquece-se uma chapa de ferro com um furo. Como o aumento da temperatura:
A) a chapa e o furo tendem a diminuir;
B) a chapa e furo tendem a aumentar;
C) a chapa aumenta e o furo diminui;
D) a chapa aumenta, mas o furo permanece constante.
5. Uma chapa de zinco tem um orifício de 8 cm2 de área a 20 oC. Calcule a
área do orifício a 120 oC.
6. Um bloco de alumínio tem 1000 cm3 de volume a 50 oC. Calcule variação de volume entre 50 oC e 250 oC.
7. A temperatura de um fio de alumínio de 10 metros de comprimento varia
de 100 oC a 30 oC. Determine o comprimento do fio a 30 oC.
mercúrio: 0,00018
álcool: 0,0011
glicerina: 0,00049
benzeno: 0,0012
petróleo: 0,001
água: 0,0002
Exemplo: Num laboratório de química, um béquer de vidro pirex, cujo
coeficiente de dilatação linear é 0,0000032 oC-1 , tem capacidade volumétrica de 250 cm3 a 20 oC. Nessa temperatura, ele está completamente
cheio de um líquido cujo coeficiente de dilatação volumétrica é 0,00127
o -1
C . Qual a variação de volume do líquido, e qual o volume de líquido
que transborda do frasco, quando a temperatura é aumentada para 120 oC?
Resolução: Relacionando os dados, temos:
V0 = 250 cm3; T = 120-20 = 100 oC; g = 0,00127 oC-1;
A variação de volume (dilatação) do líquido é obtida como:
Vlíquido = •V0•T = 0,00127•250•100  V = 31,75 cm3
Para determinar a dilatação do frasco, usamos a relação:
Vfrasco = 3••V0•T = 3•0,0000032•250•100 = 0,24 cm3
Note que o líquido se dilata muito mais do que o recipiente, e como conseqüência, parte do líquido transborda. O volume de líquido que transborda corresponde
à diferença entre as duas dilatações. Essa quantidade transbordada que
“parece” ser a dilatação do líquido, costuma ser chamada de dilatação aparente (símbolo Vap) do líquido, isto é:
Vap = Vliquido - Vfrasco = 31,75—0,24  Vap = 31,51 cm3
8. A 20 oC um fio de cobre tem 800 metros de comprimento.
A) Se um eletrecista comprar esse fio num dia de verão (40 oC) quantos
centímetros a mais deverá comprar?
B) Adquirindo o fio num dia de inverno, o eletrecista verificou que o fio tinha
47,6 cm a menos que o marcado na embalagem. Qual era a temperatura
nesse dia?
 Exercícios
9. (Desafio) Uma régua de metal é exata a 20 oC. Medindo a distância
entre dois pontos, usando a régua a 50 oC, obteremos uma medida
maior ou menor do que a verdadeira?
2. Um recipiente de vidro contém 800 cm3 de álcool, que ocupa todo o recipiente a –10 oC. Quando aquecermos o recipiente e o álcool a uma temperatura
de 70 oC, que volume de álcool transbordará?
10. (Desafio) É comum observar-se nas estruturas de pontes um vão livre
de pequenas dimensões, para a livre dilatação do material. Observa-se
em certa ponte um vão de 5 mm a cada 10 metros de segmento. Sabendo que a temperatura varia de no máxima 50 oC, podemos estimar o
coeficiente de dilatação da ponte (em oC-1), como aproximadamente:
A) 0,000001; B) 0,00001; C) 0,0001; D) 0,001; E) 0,01;
3. Para pensar: Quando a gasolina é mais cara, no inverno ou no verão?
11. (Desafio) As barras A e B da figura ao lado, tem respectivamente ,
comprimentos de 1000 mm e 1001 mm, a 20 oC.
Seus coeficiente de dilatação linear são:
A=0,00003 oC-1 e B=0,00001 oC-1.
A temperatura em que a barra C ficará na posição
horizontal, será (em oC):
A) 50; B) 80; C) 60; D) 70; E) 90;

Dilatação dos líquidos
Como não tem forma definida, o efeito da dilatação
térmica nos líquidos se reflete no aumento do seu volume
(dilatação volumétrica), de acordo com a fórmula:
V  γ  V0  T
Na fórmula acima, o símbolo  representa o coeficiente de
dilatação volumétrica do líquido, V0 é o volume inicial do
líquido, e V é a variação de volume devido à dilatação.
Entre os líquidos, o mercúrio é o que menos se dilata,
mas mesmo assim, dilata-se muito mais do que os sólidos.
Compare na tabela acima (coluna da direita), os coeficientes
de dilatação volumétrica de alguns líquidos comuns.
1. Um petroleiro recebe uma carga de 10 milhões de barris de petróleo no golfo
Pérsico a uma temperatura de 50 oC. Qual a perda em barris, por causa da
contração térmica, que essa carga apresenta quando é descarregada no
Brasil, na temperatura de 10 oC?
Dilatação anômala da água
A água não se comporta termicamente como a maioria dos líquidos. A
dilatação térmica da água apresenta uma pequena anomalia (irregularidade) de
conseqüências extraordinárias, devido a sua abundância no planeta.
Para observar esse comportamento, você pode fazer uma experiência
simples. Coloque uma certa quantidade de
água a 0 oC, em um frasco praticamente
indilatável (i.e., que não se dilata). Aumentando a temperatura, verifica-se que o nível
do líquido desce até a temperatura atingir 4
oC. A partir daí, se o aquecimento continua,
o nível do líquido passa a se elevar (figura
ao lado).
A conclusão que se pode tirar desse experimento, é que no aquecimento de 0 oC a 4 oC a água sofre contração (diminuição de volume), e no aquecimento acima de 4 oC, a água sofre dilatação (aumento de volume). Isso implica
que a água a 4 oC torna-se mais densa (mais “pesada”) do que água em qualquer outra temperatura.
A importância ecológica desse comportamento da água é extraordinária. Imagine um lago em uma região fria. À medida que o inverno se aproxima, a
temperatura da água abaixa, e sua densidade aumenta. A água mais fria desce
e a mais quente sobe, originando correntes ascendentes e descentes no lago.
Mas, quando a temperatura chega a 4 oC, esse processo cessa, porque a água
do fundo torna-se mais densa do que água da superfície. A partir daí, enquanto
o inverno se acentua, a superfície do lago vai se congelando, mas abaixo do
gelo a água continua líquida. Além disso, quanto maior a camada de gelo da
superfície, maior o isolamento térmico entre o ambiente e a água do fundo. O
resultado é que as espécies de vida aquática que habitam o lago são preservadas ao longo de todo o inverno.
6
Introdução
à Física Térmica
Calorimetria:
trocas de calor e balanço energético

Calor: a energia térmica em trânsito
Quando dois corpos em temperaturas diferentes, são
colocados em contato, sabemos que eles tendem a adquirir a
mesma temperatura (equilíbrio térmico).
Microscopicamente, podemos descrever este processo
da seguinte maneira:
▪ a agitação molecular, e conseqüentemente a energia cinética
das moléculas, é maior no corpo mais quente do que no corpo
mais frio.
▪ estabelecendo-se o contato entre eles, haverá colisões entre
essas moléculas e, como ocorre em qualquer colisão, parte da
energia das moléculas mais rápidas é transferida para as moléculas mais lentas.
▪ esta transferência de energia continua até que a energia cinética média se iguale nos dois corpos, isto é, até que os dois
corpos atinjam a mesma temperatura.
▪ nesse processo há uma redução da agitação molecular (e
consequentemente da energia térmica) do corpo de maior temperatura, e um aumento da energia térmica do corpo de menor
temperatura. Em outras palavras, há uma passagem de energia
térmica de um corpo para outro, e esta energia transferida é
chamada de calor. Podemos então, dizer que:
Calor é a energia térmica transferida entre dois corpos, a qual
flui do corpo mais quente ( maior temperatura) para o corpo
mais frio ( menor temperatura).
Observação: A energia térmica é denominada calor apenas
quando estiver em trânsito, isto é, passando de um corpo para
outro; portanto, não se deve dizer ―um corpo tem calor‖ ou ―o
calor contido em um corpo‖, mas sim ―um corpo tem energia
térmica‖ ou ―um corpo recebeu (ou perdeu) calor‖.
Unidade de medida do calor: Como o calor é uma forma
de energia, pode ser medido com a mesma unidade de medida
da energia. No SI, a unidade de medida da energia (e portanto,
da quantidade de calor) é o joule (símbolo J). No entanto, por
razões históricas, usa-se a unidade denominada caloria (cal),
definida assim:
Caloria é a quantidade de calor necessária para elevar de
14,5 oC para 15,5 oC, a temperatura de 1 grama de água.
A relação entre as unidades de calor acima, é dada por:
1 cal = 4,18 J

Cada um dos valores que acabamos de mencionar acima é
denominado calor específico do material.
Calor específico de uma substância é a quantidade de calor
necessária para elevar de 1oC, a temperatura de 1 grama dessa
substância.
Observe que o valor do
calor específico é uma propriedade característica de cada
substância, e a tabela ao lado
apresenta os valores desta
grandeza para alguns materiais
de uso comum. Os valores do
calor específico são expressos
em calorias por grama por
graus Celsius (cal/goC).
No entanto, para quantificar a energia térmica fornecida (ou liberada) para se
aquecer (ou resfriar) um objeto, além do calor específico,
temos que levar em conta a sua
massa. Consumimos maior
quantidade de calor para levar
à fervura a água destinada ao
preparo do macarrão para 10
pessoas do que para 2 pessoas.
Se para a mesma chama do
fogão gastamos mais tempo
para ferver uma massa de água
maior, significa que precisamos fornecer maior quantidade
de calor para ferver essa quantidade de água. Também para resfriar muitos refrigerantes precisamos de mais gelo do que para poucas garrafas.
Se pensarmos em como as substâncias são formadas,
quando se aumenta a sua massa aumenta-se a quantidade de moléculas, e temos que fornecer mais calor para aumentar sua agitação (e consequentemente a temperatura). O produto do calor específico de uma substância pela sua massa é denominado capacidade térmica (símbolo C). Matematicamente:
C = m•c
Lembre-se: A diferença entre calor específico e capacidade térmica é
que a capacidade térmica é uma característica do corpo, e conseqüentemente depende da sua massa, enquanto o calor específico é
uma propriedade da substância de que é feito o corpo, e portanto
não depende da sua massa.
Calor específico
Imagine a situação em que aquecemos massas iguais
de ferro e de água, sob a mesma chama, de modo que ambos
os materiais recebem a mesma quantidade de calor. Como
você já deve saber, a pessoa se queima ao tocar no pedaço de
ferro, e pode tranquilamente permanecer em contato com a
água. Experimentalmente, verifica-se que o ferro sofre uma
elevação de temperatura muito maior do que a água, ou seja,
substâncias diferentes sofrem aquecimentos diferentes ao
receberem ou liberarem calor.
De fato, através de medidas cuidadosas, os cientistas
verificaram que:
▪ para elevar de 1 oC a temperatura de 1 grama de água devemos fornecer a ela 1 cal (lembre-se da definição de caloria).
▪ para elevar de 1 oC a temperatura de 1 g de ferro, devemos
fornecer a ele apenas 0,11 cal.
7
Calorimetria: trocas de calor e balanço energético

Cálculo da quantidade de calor
Tipos de calor
Para entender como se calcula a quantidade de calor,
considere o aquecimento de um litro de leite, de dois modos
diferentes:
A)
de 20°C a 50°C, produzindo uma variação de temperatura T1=50-20=30°C.
B)
De 20°C a 80°C, produzindo uma variação de temperatura T2=80-20=60°C.
Quando um corpo recebe calor, ele pode mudar de temperatura ou
de estado físico, o que caracteriza dois tipos diferentes de calor,
dependendo do efeito provocado:
Calor sensível: provoca variação de temperatura (aquecimento).
Calor latente: provoca mudança de estado (fusão, vaporização).
Como a variação T2 é o dobro da variação T1, isto significa que na segunda experiência o corpo foi aquecido durante
mais tempo, e recebeu uma quantidade de calor duas vezes
maior do que na primeira experiência. Verifica-se experimentalmente que a quantidade de calor (símbolo Q) é diretamente
proporcional à massa do corpo (símbolo m) , ao calor específico da substância (símbolo c), e também à variação de temperatura que ele sofre (símbolo T). Isto pode ser dito com uma
fórmula, chamada Equação Fundamental da Calorimetria:
Q  m  c  ΔT
Na fórmula acima, a massa deve ser expressa em gramas (g),
as temperaturas em graus celsius (°C), e o calor específico em
calorias por grama por graus celsius (cal/°C).

Exercícios
1. Uma fonte de calor produz elevação de 25°C para 45°C na
temperatura de uma barra de ferro de 500 gramas. Qual a quantidade de calor que a barra de ferro recebeu?
2. Um bloco de alumínio de 5000 gramas, a –15°C, absorve uma
quantidade de calor de 20000 calorias. Qual é a temperatura
que ele atinge?
3. A temperatura de um corpo de 200 gramas de massa aumenta
50°C, quando ele recebe 800 calorias. Calcule o seu calor específico.
4. Um bloco de madeira de 400 gramas, sofre uma aumento de
temperatura de 25°C, quando absorve uma quantidade de calor
igual a 450 calorias. Qual é o calor específico desta espécie de
madeira?
5. Uma panela de alumínio de 400 gramas, contém 500 ml de
água, ambas na temperatura de 20°C.
A) Qual a quantidade de calor necessária para que a panela com
água atinja a temperatura de 80°C?
B) Se a panela com água (à 20°C) absorver uma quantidade de
calor 10.000 calorias, qual será a temperatura que ela atinge?
Dica: A quantidade de calor total é igual ao calor absorvido
pela panela (Qpanela) mais o calor absorvido pela água (Qágua).
OBS: Lembre-se que quando são dadas as temperaturas inicial (Ti) e final (TF), a variação T é calculada como sendo a
diferença (subtração) entre essas duas temperaturas, isto é:
T = TF - Ti
Para você pensar!
Caindo na pele, uma gota de água a 90 oC a queima, mas
se for um balde de água a 90 oC, queima muito mais.
Por que isso acontece, se a temperatura é a mesma em
ambos os casos?
IMPORTANTE: O calor específico de uma substância, depende de seu
estado de agregação. Por exemplo, no caso da água, o calor específico
é 0,5 cal/g°C no estado sólido (gelo), 1,0 cal/gºC no estado líquido e
0,48 cal/g°C no estado gasoso (vapor d’água).
8
Calorimetria: trocas de calor e balanço energético

Balanço energético nas trocas de calor
Quando dois ou mais corpos com temperaturas diferentes, formam um sistema termicamente isolado, eles tendem
a atingir uma mesma temperatura, chamada temperatura de
equilíbrio. Como calor é energia, o Princípio da Conservação
da Energia garante que a energia total envolvida nesse processo é constante.
Assim, se misturarmos vários corpos a diferentes temperaturas, eles trocam calor entre si até que suas temperaturas
se igualem, isto é, eles atingem o equilíbrio térmico. Se pudermos evitar a perda de calor para o exterior (ou se ela for desprezível), a quantidade de calor cedida por um dos objetos é
igual à recebida pelo outro. Matematicamente, podemos expressar a relação entre as quantidades de calor envolvidas
como:
QRECEBIDO + QCEDIDO = 0
Nesta seção vamos considerar somente o caso em que
os corpos trocam calor entre si, sem que ocorram mudanças de
estado (a análise das trocas de calor envolvendo mudanças de
estado será apresentada posteriormente). Nesse caso, quando
um corpo recebe (ganha) calor, sua temperatura aumenta, ou
seja, sua temperatura final TF (após o aquecimento) torna-se
maior do que a temperatura inicial Ti (antes do aquecimento).
Assim, a variação T=TF -Ti, e a quantidade de calor recebida
(Qrecebido) são positivas.
Por outro lado, quando o corpo cede (perde) calor, sua
temperatura diminui, de modo que sua temperatura final tornase menor do que a temperatura inicial, e conseqüentemente, a
variação T=TF -Ti , e a quantidade de calor cedida (Qrecebido)
são negativas. Este comportamento é resumido pelo esquema
abaixo:
Alternativamente, considerando que no equilíbrio
final, todos os corpos possuem a mesma temperatura (TF),
podemos expressar a fórmula acima, para o balanço energético, como:
m 1  c 1 ( T
F
- T1 )  m 2  c 2  ( T F - T 2 )  ...  0
Na fórmula acima m1,c1,T1, m2,c2,T2, representam massa, calor
específico e temperatura inicial, para cada um dos corpos.
Exemplo 1: Num sistema isolado termicamente, são colocados um bloco de ferro de 200 g a 200 oC, e um bloco de alumínio de 400 g a –25 oC. Determine a temperatura de equilíbrio
do sistema.
Resolução: Aplicando a fórmula acima, para o balanço energético, temos:

NOTA: Denomina-se calorímetro ideal, um calorímetro que não
troca calor com os objetos colocados dentro dele. Quando o calorímetro não é ideal, devemos acrescentar no balanço energético, a
quantidade de calor absorvida (ou cedi idada) pelo calorímetro.
7.
9
Para pensar ...
Por quê, quando se mede a temperatura do corpo humano com
um termômetro clínico, procura se colocar o bulbo (tubo de vidro)
em contato direto com regiões mais próximas do interior do corpo,
e aguardar algum tempo antes de fazer a leitura?
Trocas de calor nas mudanças de estado
Mudanças de estado


Toda a matéria que conhecemos, pode se apresentar
em uma das três fases ou estados de agregação: sólido, líquido ou gasoso. Na figura abaixo, mostramos modelos da estrutura interna dos materiais, nos diversos estados de agregação.
As bolinhas representam os átomos, e os traços representam as
ligações entre eles. Observe que no estado sólido, todos os
átomos estão organizados de forma que cada átomo está ligado
a seus vizinhos. No estado líquido, a estrutura está mais desorganizada, e os átomos não estão ligados de forma tão rígida
quanto nos sólidos. Finalmente, no estado gasoso (gás) não há
mais uma estrutura bem definida, e as ligações entre os átomos
ocorrem em número muito pequeno.
Quando o gelo (água no estado sólido) derrete e se
transforma em água líquida, dizemos que ele sofreu uma mudança de estado, a qual
denominamos de fusão.
Da mesma forma, quando
transformamos uma quantidade de água (líquida)
em gelo temos uma mudança de estado chamada
de solidificação. No diagrama ao lado, esquematizamos as várias mudanças
de estado, também conhecidas como transições de fase, que podem ocorrer na natureza.
Na tabela abaixo, apresentamos as temperaturas de
fusão e solidificação (e o calor envolvido) de algumas substâncias.
Calor latente de algumas substâncias
Temperatura Calor Latente
de Fusão
de fusão
Substância
(cal/g)
(°C)
Temperatura
de Ebulição
(cal/g)
Calor latente
Quando falamos de mudanças de estado, é importante observar que estes processos envolvem trocas de calor. Por exemplo,
para vaporizar a água, precisamos fornecer calor para aquecê-la
até a temperatura de ebulição (fervura), e manter a chama ligada
(fornecendo calor), até que toda a água se transforme em vapor.
Observe que enquanto a água está fervendo, a temperatura não
sobe. Como é possível, que enquanto fornecemos calor ao conjunto água-vapor, a temperatura não varie? Para compreender
esse fenômeno, novamente precisamos recorrer ao modelo microscópico da estrutura da matéria. Para vaporizar a água, precisamos de energia para quebrar as ligações entre as moléculas.
Isso significa que no processo de vaporização, a energia (calor)
que está sendo fornecida à água, é usada para quebrar as ligações
químicas entre as moléculas, e não para aumentar a energia cinética média (agitação) delas. O conceito de calor latente é usado
para representar esse fenômeno:
Para uma certa massa m da substância, a quantidade de
calor Q envolvida na transformação (mudança de estado) é determinada pela fórmula:
Q  m L
Nota: Nos processos de fusão e vaporização deve-se fornecer calor às
substâncias, por isso o valor do calor latente (L) é positivo, enquanto
na solidificação e na condensação, deve-se retirar calor das substâncias, e nesse caso o valor do calor latente é negativo.
Exemplos: Calcule a quantidade de calor envolvida nos seguintes processos:
A) Fusão de 500 gramas de ferro (o ferro está a 1535°C).
B) Condensação de 1 litro (1000 g) de água a 100°C.
Resolução: Como as substâncias já estão na temperatura em que
Calor Latente mudam de estado, basta aplicar a fórmula do calor latente acima:
de Ebulição A) Q = 500•65 = 32000 cal (calor fornecido para o ferro)
(cal/g)
B) Q = 1000•(-540) = -540.000 cal (calor retirado da água)
água
0
80
100
540
álcool
-114
25
78
204
chumbo
327
5,8
1750
205
cobre
1038
51
2582
1290
ferro
1535
65
2800
1515
hélio
-
-
-269
6
hidrogênio
-259
13,8
-253
108
mercúrio
-39
2,8
357
65
nitrogênio
-210
6,1
-196
48
ouro
1063
15
2660
377
oxigênio
-219
3,3
-183
51
prata
961
21
2212
559
zinco
419
24
918
475
Exercícios
1.
Quantas calorias são necessárias para fundir (derreter) 5 gramas
de gelo, que já estão na temperatura de 0°C?
2.
200 gramas de uma substância absorvem 5000 calorias durante o
processo de ebulição. Qual é o calor latente de vaporização da
substância?
3.
Para esfriar um refrigerante você usaria gelo a 0°C ou água a 0°C?
Faz alguma diferença?
4.
Determine a quantidade de calor que deve ser retirada, para liquefazer (condensar) 10 gramas vapor d’água. Considere que o vapor
d’água está na temperatura de 100°C.
5.
É necessário mais calor para derreter 1 grama de gelo ou 1 grama
de chumbo? Considere que o gelo está na temperatura de 0°C e o
chumbo está na temperatura de 327°C.
106.
Trocas de calor nas mudanças de estado

Curvas de aquecimento
Para entender melhor as idéias discutidas nesta seção,
você pode fazer a seguinte experiência:
Derretendo o gelo até ferver
- Coloque alguns cubos de gelo em uma vasilha que
possa depois ser levada à chama de um fogão, e deixe-os
derreter, medindo a temperatura antes e enquanto os cubos
derretem. Não se esqueça de mexer, de vez em quando,
para manter o equilíbrio térmico.
- Você vai observar que desde o momento em que o
gelo começa a derreter até que ele se transforme totalmente
em água (estado líquido), o termômetro marca a mesma
temperatura. Anote este valor.
- Depois da fusão de todo o gelo, você vai perceber
que o termômetro indica temperaturas mais elevadas. A água
que resultou do gelo derretido está esquentando.
- Mantenha a água esquentando sobre a chama do
fogão, e meça a temperatura da água de vez em quando.
Você vai perceber que a partir do momento que ela começa a
ferver, o termômetro se mantém no mesmo nível (mesma
temperatura) enquanto houver água na vasilha. Anote esta
temperatura.
O processo de aquecimento acima, pode ser expresso
na forma de um gráfico, chamado curva de aquecimento,
como mostra a figura abaixo.
Observando o gráfico, vemos que o processo de aquecimento do gelo até ferver envolve várias etapas:
1) Aquecimento do gelo antes de começar a derreter: Corresponde ao trecho inclinado, no canto inferior esquerdo do gráfico.
Nesta etapa, a temperatura varia de –20°C (gelo de freezer) até 0°
C (temperatura de fusão do gelo).
2) Fusão (derretimento) do gelo: Esta etapa corresponde ao primeiro ―platô‖ (trecho horizontal) do gráfico, indicando que a
temperatura permanece constante (igual a 0°C).
3) Aquecimento da água que resultou do gelo derretido: Corresponde ao segundo trecho inclinado do gráfico. Nesta etapa a temperatura varia de 0°C até 100°C.
4) Ebulição (fervura) da água: Esta etapa corresponde ao segundo ―platô‖ do gráfico. Aqui, novamente a temperatura permanece
constante (igual a 100°C) enquanto a água está mudando de estado (passando do líquido para o gasoso).
Vamos agora, calcular as quantidades de calor envolvidas
em cada etapa do processo descrito acima, para uma quantidade
(massa) de gelo de 500 gramas:
Etapa 1 (aquecimento do gelo): Nesta etapa, o gelo absorve uma
quantidade de calor, dada pela fórmula da calorimetria:
Q1 = m• cgelo•Tgelo = 500•0,5•(0  (20)) = 5000 cal
Etapa 2 (fusão do gelo): Nesta etapa, a quantidade de calor absorvida pelo gelo é determinada pela fórmula do calor latente:
Q2 = m•Lfusão = 500•80 = 40000 cal
Você pode estar pensando que o gelo derrete sozinho, e por isso
não precisa de calor. Na verdade não precisamos fornecer calor,
porque o calor é transferido espontaneamente do ambiente (que
está mais quente) para o gelo (que está mais frio).
Etapa 3 (aquecimento da água): Para aquecer a água que resultou do gelo derretido, de 0°C até 100°C, precisamos fornecer uma
quantidade de calor dada pela fórmula da calorimetria:
Q3 = m• cágua•Tágua = 500 •1 •(100  0) = 50000 cal
Etapa 4 (ebulição da água): Nesta etapa, a quantidade de calor
envolvida é calculada pela fórmula:
Q4 = m•Lvapor. = 500•540 = 270000 cal
Exercício: Determine a quantidade de calor necessária para transformar 200 gramas de gelo a –10°C, em vapor d’água a 120°C.
Dica: Neste caso, são cinco etapas (após toda água se transformar em vapor, ainda é necessário continuar aquecendo o vapor,
até atingir a temperatura de 120°C).
A experiência descrita na coluna ao lado, também pode
ser feita no sentido inverso, começando com a água fervendo
(mistura de água e vapor), até se obter gelo a –20°C. Para isso, é
necessário retirar calor da substância (água), para abaixar a sua
temperatura até 0°C; prosseguindo o processo de resfriamento
(retirada de calor), a água começa a congelar. O gráfico obtido se
chama curva de resfriamento da água (figura abaixo).
11
Trocas de calor nas mudanças de estado

Trocas de calor na mistura água+gelo
Quando misturamos água da torneira (20°C) com gelo
do freezer (-20°C), o que pode acontecer? O gelo vai derreter
ou água vai congelar? Qual será a temperatura final da mistura? Para responder a estas questões, primeiro precisamos
saber as massas do gelo e da água, e em seguida determinar as
quantidades de calor envolvidas. Considere que tenhamos 400
ml (400 g) de água e 250 g de gelo. O procedimento para
resolver este tipo de problema consiste nos seguintes passos;
1) Determinar a quantidade de calor necessária para aquecer o gelo de –20°C até 0°C:
Qgelo = mgelo•cgelo•(0  Tgelo)
No nosso exemplo temos mgelo=250 g e Tgelo=-20°C, tal que
resulta Qgelo = 2500 cal.
Agora considere que no exemplo anterior, ao invés de
água da torneira, usamos água quente (80°C) para misturar com o
gelo do freezer (-20°C). Nesse caso, temos |Qágu-Qgelo| > Qfusão, o
que significa que o gelo vai derreter totalmente, e a água resultante do gelo ainda será aquecida um pouco. Para descobrir a temperatura final da mistura, basta aplicar a fórmula da calorimetria
Q = mliq•cágua•(TF  0),
colocando ―x‖ no lugar de TF, e o valor |Qágua QgeloQfusão| no
lugar da quantidade de calor (Q). O símbolo mliq representa a
massa de líquido final, que deve ser igual a soma massa de água
+ massa de gelo (não esqueça que o gelo que derrete vira água e
se soma à massa de água que já tinha). Voltando ao nosso exemplo, temos |Qágua QgeloQfusão| = 9500 cal, tal que resulta:
9500 = 650•1•(x0)
9500 = 650•x
x = 9500÷650 = 14,6 °C
2) Determinar a quantidade de calor que deve ser retirada
da água, para resfriá-la de 20°C até 0°C:
Qágua = mágua•cágua•(Tágua  0)
No nosso exemplo temos mágua= 400 g e Tágua=20°C, tal que
resulta Qágua = 8000 cal.
Comparando as quantidades de calor calculadas nos
passos 1 e 2, temos o seguinte esquema:
Qágua > Qgelo  o gelo vai derreter
Qgelo > Qágua  a água vai congelar
No nosso exemplo, temos Qágua > Qgelo, e portanto nesse caso,
o gelo vai derreter. Mas para determinar a temperatura final da
mistura, precisamos saber se o gelo derrete totalmente ou apenas uma parte. Para isso, seguimos os passos:
3) Determinar a quantidade de calor necessária para derreter todo o gelo:
Qfusão = mgelo•Lfusão
4) Para saber se o gelo derrete totalmente, seguimos o esquema:
Qfusão > |Qágua  Qgelo|  o gelo derrete parcialmente
Qfusão < |Qágua  Qgelo|  o gelo derrete totalmente
No nosso exemplo, temos Qfusão=20000 cal e |QáguaQgelo| =
5500 cal, e portanto o gelo vai derreter apenas uma parte.
Quando o gelo derrete apenas parcialmente, significa que a
temperatura final da mistura deve ser 0°C (lembre-se que a
água nos estados líquido e sólido, só pode coexistir na temperatura de fusão). Resta somente descobrir a quantidade
(massa) de gelo que vai derreter. Para isso, usamos a fórmula
do calor latente, colocando ―x‖ no lugar da massa, e colocando
o valor |QáguaQgelo| no lugar da quantidade de calor, isto é:
|QáguaQgelo| = x•Lfusão
Para o nosso exemplo, temos:
5500 = x•80
x=5500÷80 = 68,75 g
Portanto, das 250 gramas de gelo, derretem apenas 68,75 gramas, e no final ficamos com uma mistura de água e gelo, todos
na temperatura de zero graus celsius.
Se ao invés do gelo derretendo, tivéssemos a água
congelando (parcialmente), o procedimento seria o mesmo
para se achar a quantidade de água que iria congelar.
Exercícios (com dicas de resolução)
1. (Univest-SP) Para aquecer de um grau celsius (1°C) 100 gramas
de uma substância, é necessário fornecer 8 calorias. Para derreter 1
grama dessa mesma substância é necessário fornecer 6,5 calorias.
Sabendo-se que o ponto de fusão desta substância é 430°C, então
a quantidade de calor necessária para derreter totalmente 200 gramas desta substância, inicialmente na temperatura de 280°C, vale
em calorias:
A) 1300 B) 1900 C) 2400 D) 3700 E) 4200
Dica: A capacidade térmica para 100 gramas da substância é 8
cal/°C, e o calor latente de fusão é 6,5 cal/g. Com isso você pode
usar um procedimento semelhante àquele descrito na página anterior (2ª coluna). Lembre-se que neste caso são somente duas etapas (aquecimento e fusão).
2. (UERJ) Uma menina deseja fazer um chá de camomila, mas só
possui 200 gramas de gelo a 0°C, e um forno de microondas, cuja
potência máxima é de 800 watts (800 joules por segundo). Considere que 1 caloria é aproximadamente 4 joules. Usando esse forno
sempre na potência máxima, o tempo necessário para a água entrar
em ebulição é:
A) 45 s; B) 90 s; C) 180 s; D0 360 s;
Dica: Primeiro calcule a energia (quantidade de calor) necessária
para fazer o gelo derreter, e então aquecer a água resultante até
ela entrar em ebulição. Depois, você deve converter a potência
dada de watts (joules por segundo) para calorias por segundo, e
lembrar que a energia fornecida (quantidade de calor) é igual ao
produto potência x tempo.
3. (Fuvest-SP) Colocam-se 50 gramas de gelo a –10°C dentro de 100
gramas de água a 20ºC. Após atingir o equilíbrio térmico, verifica-se
que ficam alguns pedaços de gelo boiando na água. Desprezando
as perdas de calor para o exterior, a massa de gelo que fica boiando é aproximadamente igual a:
A) 11 g B) 22 g C) 28 g D) 39 g E) 50 g
Dica: Siga o procedimento descrito na coluna ao lado, e lembre-se
que a massa de gelo que está boiando é igual a massa total de gelo
menos a quantidade que derrete.
4. No problema acima, se a temperatura inicial da água for 60
°C, qual será a temperatura final da mistura água+gelo?
A) 5,5 °C B) 11,7°C C) 17,5°C D) 23,4°C
Dica: Siga o procedimento descrito acima (nesta mesma coluna), e
lembre-se que a massa total é igual a soma da massa de água com
a massa de gelo (o gelo derrete e vira água!).
12
Trocas de calor nas mudanças de estado

Mudanças de estado sob pressão
Quando estudamos a escalas de temperatura, dissemos
que a temperatura de ebulição (fervura) da água e 100°C. Mas
será que a água sempre ferve na mesma temperatura? Na
verdade, a água ferve a 100°C
somente quando a pressão a que
está submetida é de 1 atm (este é
o valor da pressão atmosférica ao
nível do mar). De fato se alterarmos a pressão, a ebulição da água
ocorrerá à temperatura de 100°C.
É o que acontece na panela de
pressão, onde os alimentos são
cozidos a pressões mais altas do
que 1 atm; isto faz com que a
água só entre em ebulição a temperaturas de cerca de 120°C.
Por outro lado, se diminuirmos a pressão, a água vai
entrar em ebulição a temperaturas menores do que 100°C? Para
conseguirmos pressões menores
do que 1 atm, basta estarmos em
regiões de grandes altitudes. Numa montanha de 6000 metros de
altura, por exemplo, a pressão
atmosférica se reduz à metade, e a
água entra em ebulição a 80°C.
Como vemos da discussão acima, o aumento de pressão
dificulta a vaporização, porque
faz aumentar a temperatura de
ebulição da substância. No caso da fusão, para a maioria dos
materiais, o processo se caracteriza por um aumento de volume, como no caso da vaporização, e neste caso a pressão dificulta o processo de fusão, porque tende a aproximar as moléculas e diminuir o volume, ou seja, o aumento de pressão acarreta um aumento na temperatura de fusão.
No entanto, para algumas substâncias, especialmente a
água, a fusão ocorre com diminuição de volume, ou inversamente, a solidificação (congelamento) ocorre com aumento de
volume. De fato, você já deve ter observado, que quando coloca uma garrafa plástica cheia de água no congelador, a água
―incha‖ ao congelar (aumenta de volume), e a garrafa acaba
estourando. Portanto, no caso da água, a pressão favorece o
processo de fusão, e tende a diminuir (abaixar) a temperatura
de fusão do gelo. Esse fato é utilizado pelos praticantes de
patinação no gelo: a alta pressão devido ao peso do patinador
provoca a fusão do gelo sob os patins, mesmo a uma temperatura abaixo de 0oC. Após a passagem do patinador, a água
volta a congelar porque sua temperatura está abaixo de 0oC.
Evaporação
A evaporação é um processo espontâneo de vaporização, que
pode ocorrer em qualquer temperatura. A evaporação ocorre
em consequência da “fuga” de algumas moléculas através da
superfície do líquido. Apesar de tratar-se de um processo espontâneo, durante a evaporação a substância absorve calor da
vizinhança; por isso sentimos frio quando saímos de um banho
de mar, ou quando passamos álcool sobre a pele. Este fato
explica também, porque em potes de barro a água se mantém
mais fria do que se estivesse em um recipiente de outro material. A evaporação da água através das paredes porosas do pote,
absorve calor da água restante, deixando-a mais fria.
1.
2.
3.
4.
5.
136.
Questões
A diminuição da pressão facilita ou dificulta a ebulição?
Onde a água ferve mais rápido, ao nível do mar ou no alto da serra?
Pode se ter água líquida a uma temperatura acima de 100°C?
Qual a diferença entre ebulição e evaporação de uma substância?
Por que sentimos frio quando está ventando?
Por quê os vidros dos carros ficam embaçados em dias de chuva?
Transmissão do calor

Propagação do calor
A propagação (transmissão) do calor pode se verificar
através de três processos diferentes: condução, convecção e
radiação. Qualquer que seja o processo, a transmissão do
calor obedece a seguinte lei geral:
Espontaneamente, o calor sempre se propaga do
corpo de maior temperatura para um corpo de
menor temperatura.
Para fazer uma boa comparação, da mesma forma
que a água em vasos comunicantes, passa sempre espontaneamente do nível mais alto para o nível mais baixo, também em
corpos que estão em contato, o calor flui sempre do corpo
mais quente (maior temperatura) para o corpo mais frio
(menor temperatura).
1.
Condução
A condução é o processo de propagação de calor, no
qual a energia térmica (calor) passa de um local para outro
através das partículas do meio que as separa. Neste processo, a
agitação térmica das partículas (átomos e moléculas)
da região mais quente se
transmite para as regiões
vizinhas através dos choques entre moléculas adjacentes (efeito ―dominó‖).
Características do processo de condução:
 O processo de condução é típico de materiais sólidos;
 No processo de condução não ocorre transferência de matéria, somente energia (calor).
 A condução é um processo que exige um meio material, e
portanto não pode ocorrer no vácuo.
Os materiais se comportam de maneira diferente quanto à condutibilidade térmica, isto é, a ―facilidade‖ com que
permitem a passagem de calor por elas. Experiências mostram
que em geral, os metais, são bons condutores térmicos,
aparecendo em ordem decrescente de condutibilidade térmica:
prata, cobre, alumínio, ferro, chumbo, mercúrio (metal líquido
à temperatura ambiente).
Com exceção do mercúrio, os líquidos e, especialmente os gases, quase não permitem a passagem de calor pelo
processo de condução. Além dos líquidos e gases, são maus
condutores de calor materiais como cerâmica, vidro, porcelana, madeira, lã, cortiça, isopor, etc. Esses materiais são denominados isolantes térmicos, porque dificultam a passagem de
calor através deles.
2.
de água mais frias (que estão na parte superior do recipiente) que
descem. Enquanto estiver aceso o bico de gás, porções de água
quente continuarão subindo, e porções mais frias continuarão
descendo. Essas correntes de água subindo e descendo, são denominadas correntes de convecção. As correntes de convecção
gasosa ocorrem por exemplo, no interior de geladeiras, onde o ar
frio e mais pesado (próximo do congelador) desce, enquanto o ar
quente e mais leve (dos alimentos) sobe.
Os ventos em geral e as brisas litorâneas em particular,
também são correntes de convecção gasosas. Durante o dia,
como a terra aquece mais rapidamente que a água, as massas de
ar sobre a terra sobem, dando lugar ao ar que vem do mar para a
terra (brisa marítima). Durante a noite, a terra se esfria mais rapidamente que a água do mar, e o fenômeno se inverte, isto é, o
vento sopra da terra para o mar (brisa terrestre).
Convecção
A convecção é um processo de propagação de calor
típico de fluídos (líquidos e gases), em que as moléculas se
movimentam com facilidade. Neste processo, camadas do
fluído se deslocam de um ponto para outro, devido a diferenças de densidade, que por sua vez surgem devido a diferenças
de temperatura. Para melhor entender o processo, considere
por exemplo, o aquecimento de uma quantidade água. A primeira porção de água que esquenta (por condução) é a que
está mais próxima da chama. Ao esquentar, essa porção sofre
dilatação térmica e torna-se menos densa (mais leve) do que o
resto da água. Então ela sobe, cedendo seu lugar para porções
3.
Irradiação
No processo de irradiação, o calor se propaga através do
espaço na forma de ondas eletromagnéticas, caracterizando o
fenômeno conhecido como radiação térmica. Todos os materiais, quando aquecidos emitem energia na forma de radiação eletromagnética. Dependendo da energia emitida, a radiação eletromagnética recebe uma denominação particular, como mostra o
diagrama abaixo do espectro eletromagnético:
As radiações visíveis ocupam a região central do espectro
eletromagnético, e englobam desde a cor vermelha (energia mais
baixa) até a cor violeta (energia mais alta). Se a intensidade da
energia da radiação emitida for próxima a da luz visível, podemos
―ver‖ a radiação. Isto ocorre especialmente com a radiação térmica, porque este tipo de radiação se situa na faixa do infravermelho (energias um pouco abaixo do vermelho). Isto explica porque
os corpos adquirem aquela coloração avermelhada (cor da brasa),
quando são aquecidos. A medida que aumentamos mais ainda a
temperatura, a faixa de radiação emitida vai migrando para o
alaranjado e o amarelo (cor das lâmpadas incandescentes).
Uma característica importante do processo de irradiação,
é que ele pode ocorrer até mesmo no vácuo (ausência de matéria).
É através do processo de irradiação, que o calor do Sol chega até
nós, atravessando o espaço vazio (vácuo) interplanetário.
As superfícies metálicas polidas refletem praticamente
toda a radiações eletromagnética incidente; os corpos negros
absorvem a maior parte, e os corpos brancos refletem a maior
parte da radiação incidente. Por isso, recomenda-se que no verão,
não usemos roupas pretas, pois elas absorverão muita radiação,
14
aquecendo-se mais do que as roupas brancas.
Transmissão do calor

Aplicações dos processos de
propagação de calor
Abaixo descrevemos alguns dispositivos e situações,
baseados no fenômeno da propagação de calor.
1.
O forno de microondas
Uma das principais aplicações do processo de transmissão de calor por irradiação são os fornos de microondas. Dentro
do forno há um dispositivo chamado magnetron, que converte
energia elétrica em radiação eletromagnética de baixa energia,
na faixa das microondas. Devido a baixa energia, a radiação de
microondas não produz calor diretamente, e portanto não aquece o forno. No entanto quando estas radiações são absorvidas
pelos alimentos, elas são transformadas em radiações infravermelhas (radiações térmicas), as quais por sua vez são transmitidas para todas as partes dos alimentos de modo uniforme e rápido.
2.
A Estufa
Você já notou que quando um carro fica exposto ao sol,
o seu interior se aquece muito. Isto ocorre principalmente, porque os vidros deixam entrar a luz que é absorvida pelos objetos
internos e por isso sofrem uma elevação de temperatura. Dizemos que o carro se transformou em uma ―estufa‖.
De fato, as estufas utilizadas no cultivo de algumas
plantas que necessitam de um ambiente aquecido para se desenvolverem, são cobertas de vidro. Mas se o calor ―consegue‖
entrar na estufa, porque ele não sai? Para responder essa pergunta, devemos lembrar que o calor do Sol chega até nós na
forma de luz visível, pelo processo de irradiação, ou seja, na
forma de ondas eletromagnéticas, semelhantes às ondas usadas
nas transmissões de rádio e TV, ou às de raio X.
A luz do Sol, na forma de ondas eletromagnéticas, atravessa o vidro do carro ou da estufa, e incide nos objetos internos. Eles absorvem essa radiação e emitem radiação infravermelha (calor) que fica retida no interior do carro ou da estufa, impedida de sair, porque o vidro, apesar de ser transparente
para a radiação luminosa, é ―opaco‖ para a radiação infravermelha, ou seja, não permite a passagem desse tipo de radiação. Além disso, a troca de calor com o exterior é dificultada
porque o vidro é um mau condutor.
3.
A garrafa térmica
Inventada no final do século XIX pelo químico escocês
James Dewar (1842-1923), esse utensílio têm a finalidade de
impedir as trocas de calor entre o interior e o exterior da garrafa,
bloqueando os três processos de propagação de calor: condução,
convecção e irradiação.
O ―miolo‖ da garrafa térmica é constituído de paredes
de vidro duplas, entre as quais se retirou quase todo o ar, evitando assim as trocas de calor por condução ou convecção, visto
que tais processos precisam de um meio material.
Para evitar as perdas de calor por irradiação, as paredes
são espelhadas: na parede interna, a superfície espelhada, na
parte em contato com o líquido, serve para refletir as ondas de
calor no interior da garrafa, enquanto a parede externa espelhada serve para refletir as ondas de calor que vem do meio ambiente, impedindo-as de entrar na garrafa.
4.
O efeito estufa
A Terra recebe diariamente a energia solar que é absorvida pelo planeta, e emitida na forma de radiação infravermelha (calor) para o espaço. No entanto, uma parte desse
calor volta para nós, retido pela atmosfera. O vapor d’água, o
gás carbônico e o CFC (cloro, flúor, carbono) presentes na atmosfera, atuam como o vidro de uma estufa, deixando passar a 15
luz solar, mas retendo a radiação infravermelha emitida pela
Terra, e devolvendo-a para a superfície, o que constitui o chamado ―efeito estufa‖. É devido a esse efeito que nosso planeta
se mantém aquecido durante a noite. Sem esse aquecimento a
Terra seria um planeta gelado, com poucas chances de propiciar
o surgimento da vida.
No entanto, no último século a temperatura média do
planeta aumentou cerca de 0,5 oC, e os pesquisadores atribuem
esse fato ao aumento da concentração de gás carbônico (CO2)
na atmosfera, devido a combustão de carvão usado na geração
de energia elétrica, e do petróleo usado nos meios de transporte.
Se a concentração de CO2 aumentar muito, quase toda radiação
infra-vermelha voltará para o planeta, que se aquecerá cada vez
mais. Um aquecimento de grandes proporções poderia transformar terras férteis em solos áridos e provocar o derretimento das
geleiras dos pólos, inundando as regiões litorâneas. Por isso, o
efeito estufa é visto hoje como sinônimo de ameaça.
Saiba mais
1.
Por que os cabos das panelas, normalmente não
são feitos de metal?
Resposta: Os cabos de panelas normalmente são
de madeira ou plástico (basquelite), que são materiais de baixa condutividade térmica (i.e, são maus
condutores de calor),e com isso evitam que o calor
da panela passe rapidamente para a sua mão.
2.
Por que sentimos um piso de ladrilho mais frio do
que um piso de madeira, apesar de ambos estarem a mesma temperatura?
Resposta: O ladrilho é melhor condutor de calor
do que a madeira, e por isso, o pé e o ladrilho trocam calor mais rapidamente do que o pé e a madeira, ou seja, o ladrilho rouba mais calor do pé do
que a madeira, e daí a sensação de parecer mais
frio.
3.
Cenas de filmes mostram os viajantes do deserto
usando roupas compridas de lã e turbantes. Como se explica o uso de roupas “quentes” em regiões onde as temperaturas chegam a 50 oC?
Resposta: Em lugares onde a temperatura do ambiente é maior do que a temperatura do corpo humano (36 oC) é necessário impedir o fluxo de calor do
ambiente para a pele do indivíduo. A lã que é um
bom isolante térmico possui entre suas fibras uma
camada de ar a 30 oC, e dificulta a troca de calor
com o ambiente. Além disso, ao anoitecer a temperatura do deserto cai rapidamente, e mais uma vez
a lã protege o corpo dos viajantes, impedindo a
perda de calor para o exterior.
4. Asas-delta e planadores podem atingir locais mais
altos do que o ponto de salto, apesar de não terem
motores. Como se pode explicar isso?
Resposta: As pessoas experientes que saltam de
asa delta conseguem aproveitar as correntes ascendentes de ar quente, para subirem e planarem em
pontos mais elevados do que o do salto. Para descer, procuram as correntes de ar frio, descendo
lentamente.
Transmissão do calor
Exercícios
1.
A)
B)
C)
D)
E)
2.
A)
B)
C)
D)
Numa noite fria, preferimos usar cobertores de lã para nos cobrirmos. No entanto, antes de deitarmos, mesmo que existam
vários cobertores sobre a cama, percebemos que ela está fria, e
somente nos aquecemos depois que estamos sob os cobertores
há algum tempo. Isso se explica porque:
O cobertor de lã não é um bom absorvedor de frio, mas nosso
corpo sim;
O cobertor de lã só produz calor quando está em contato com o
nosso corpo;
O cobertor de lã não é um aquecedor, mas apenas um bom
isolante térmico;
Enquanto não nos deitamos, existe muito frio na cama que será
absorvido pelo nosso corpo;
A cama, por não ser de lã, produz muito frio e a produção de
calor pelo cobertor não é suficiente para seu aquecimento sem a
presença humana.
Assinale a(s) afirmativas correta(s):
Condução é a transferência de calor de molécula a molécula.
Convecção consiste no transporte do calor pelo deslocamento
de moléculas da parte mais quente para a parte mais fria, e viceversa, tendendo a igualar as temperaturas.
Radiação é a transferência do calor por meio de ondas eletromagnéticas.
A propagação do calor por radiação não necessita de um meio
material para realizar-se.
11.
A)
B)
C)
D)
Um material apresenta baixo coeficiente de condutibilidade
térmica. Então esse material é:
bom condutor;
bom isolante;
isolante, mas não muito bom;
condutor, mas não muito bom.
12.
A)
B)
O calor do Sol chega à Terra por um processo de:
condutibilidade através das moléculas do ar;
convecção, por aquecimento do meio;
13.
Em qual dos casos a seguir, a propagação do calor se dá principalmente por condução:
Fumaça que sobe pela chaminé.
Cigarro que se acende mediante o uso de uma lente que concentra os raios do Sol sobre ele.
Xícara que se aquece com o café quente.
Água que é aquecida numa panela colocada sobre a chama, no
fogão.
A)
B)
C)
D)
14.

O uso de chaminés para escape de gases quentes, provenientes de combustão, é uma aplicação do processo térmico de :
A) condução; B) radiação.; C) convecção; D) dilatação;
Tente responder
15. Por que as pessoas moradoras de ruas utilizam jornais para se
proteger em dias frios?
3.
Qual o objetivo da pintura metálica das garrafas térmicas?
4.
É melhor empinar papagaios (pipas) em dias quentes ou dias
frios?
16.
Por que a serragem é melhor isolante térmico do que a madeira
da qual foi retirada?
5.
Por que em dias frios, a fumaça das chaminés tem mais dificuldade para subir?
17.
Por que os pássaros eriçam as penas em dias frios?
6.
Por que o motor da geladeira é pintado de preto?
7. As roupas indicadas para se usar no deserto são:
A) escuras e finas;
B) claras e grossas;
C) escuras e grossas;
D) claras e finas
8.
A)
B)
C)
D)
9.
A)
B)
C)
D)
E)
10.
A)
B)
C)
D)
E)
Para melhor isolamento térmico de um ambiente, mantendo o
material de que são feitas as paredes, deve-se:
aumentar o volume das paredes.
aumentar a área externa das paredes, e manter a espessura.
diminuir a espessura das paredes.
aumentar a espessura e diminuir a área das paredes.
No inverno usamos agasalho porque:
O frio não passa através dele.
Pode ser considerado um bom isolante térmico
Transmite calor ao nosso corpo.
Permite que o calor do corpo passe para a ar.
Tem todas as propriedades citadas acima.
Assinale a alternativa correta:
A condução e a convecção térmica só ocorrem no vácuo.
No vácuo o calor se transmite de calor somente por condução.
A convecção térmica só ocorre nos fluídos, ou seja, não se
verifica no vácuo nem em meios materiais no estado sólido.
A irradiação é um processo de transmissão do calor que só se
verifica em meios materiais.
A condução térmica só ocorre no vácuo; e a convecção térmica
16
se verifica somente em materiais no estado sólido.
Inversão térmica
Em geral, o ar das camadas próximas ao solo é mais
quente que o das camadas superiores e formam-se correntes
de convecção: o ar quente sobe e o ar frio desce. No entanto,
nos dias frios de inverno, pode ocorrer a inversão térmica,
isto é, o ar das camadas próximas ao solo é mais frio do que o
das camadas superiores, e não se formam correntes de convecção, pois o ar quente está em cima (o ar quente não desce;
sua tendência é subir).
Quando não há vento, a inversão térmica nas grandes
cidades provoca vários problemas porque o ar poluído fica
praticamente estacionário.
Uso dos raios infravermelhos
Os raios infravermelhos (radiação térmica) tem larga
aplicação no mundo moderno. A lâmpada de infravermelho
(lâmpada de filamento com filtro que absorve a maior parte da
luz visível), além de seu uso medicinal, é utilizada na secagem
de tintas e vernizes, e no aquecimento de ambientes.
Na meteorologia, satélites detectam as emissões de
infravermelho da Terra, tornando possíveis previsões de temperaturas e condições climáticas. Certos mísseis “farejam” seu
alvo pelas “ondas de calor” (radiação térmica) que ele emite.
Em lunetas especiais, os raios infravermelhos emitidos por um
corpo são recebidos em um anteparo que os transforma em luz
visível. Com esse aparelho é possível “enxergar” em completa
escuridão.