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 Page 13 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. Page 02 Luciana Melo Almeida

Calor A B Calor TA > TB A B TA = TB Page 03 Luciana Melo Almeida

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”. Luciana Melo Almeida Page 14

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 Page 15 Luciana Melo Almeida

Tipos de Transmissão Convecção térmica É o processo de propagação do calor pela movimentação da matéria de uma região a outra. Page 06 Luciana Melo Almeida

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. Page 17 Luciana Melo Almeida

Convecção Térmica As brisas que ocorrem nas regiões litorâneas podem ser explicadas pela existência de correntes de convecção. Page 16 Luciana Melo Almeida

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). Page 04 Luciana Melo Almeida

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. Page 06 Luciana Melo Almeida

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. Page 01 Luciana Melo Almeida

Luciana Melo Almeida Page 07

Calibração ou graduação de um termômetro Pontos fixos Page 08 Luciana Melo Almeida

Escalas Celsius e Fahrenheit Temperatura de ebulição da água 100 212 TC TF Temperatura de um sistema qualquer 32 Temperatura de fusão de gelo Page 11 Luciana Melo Almeida

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. Page 12 Luciana Melo Almeida

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. Page 18 Luciana Melo Almeida

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. Page 19 Luciana Melo Almeida

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? Page 20 Luciana Melo Almeida

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. Page 21 Luciana Melo Almeida

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

Q = quantidade de calor sensível (cal ou J). 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). Page 22 Luciana Melo Almeida

Calor sensível Exemplo: 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.