Temperatura é medida do estado de

agitação das partículas do corpo.

O termômetro clínico de mercúrio é o mais usado entre nós. Ele consiste bàsicamente de um tubo capilar (fino

como cabelo) de vidro, fechado a vácuo, e um bulbo (espécie de bolha arredondada) em uma extremidade contendo

mercúrio. O mercúrio, como todos os materiais, dilata-se

quando aumenta a temperatura. Por ser extremamente sensível, ele aumenta de volume à menor variação de

temperatura.

Termologia

1. Conceito de temperatura: De forma cotidiana e também qualitativa, podemos

descrevê-la de um objeto como aquela que determina a

sensação de quanto ele está quente ou frio quando

entramos em contato com ele.

Os conceitos de quente e frio são recorrentes em nosso

cotidiano. Apesar de o conceito de frio ser fisicamente

inexistente, ao mesmo se atribui uma temperatura menor

em relação a outro sistema em análise. Por exemplo, em uma

sala com o ar condicionado ligado onde a temperatura é

25°C e a temperatura externa for 30°C , habitualmente se

coloca aquele ambiente como mais frio com relação a este.

Fisicamente, falamos em temperaturas (medidas de

agitação das moléculas).

2- Termômetros: são corpos utilizados para

determinação de temperatura. Para que a temperatura

possa ser considerada uma grandeza física, é necessário

que saibamos medi-la, de modo que tenhamos um conceito

quantitativo dessa grandeza. Essa medida da temperatura é

feita com os termômetros. Existem vários tipos de

termômetros, cada um deles utilizando a variação de uma

certa grandeza, provocada por uma variação de

temperatura. Há termômetros baseado nas de comprimento

de uma haste metálica, no volume de um gás, na resistência

elétrica de um material, na cor de um sólido muito aquecido,

etc.. O tipo mais comum de termômetro, é aquele que

relaciona a temperatura com a altura de um líquido no

interior de um tubo capilar de vidro, normalmente o

mercúrio (Hg). Quando em

Contato com o corpo de uma

pessoa, se aguarda um

tempo afim de que

ocorra o equilíbrio

entre as tempe-

raturas da

pessoa e do

termômetro.

Mais moderno que o termômetro clínico comum são os

termômetros digitais, também utilizados para a medida da

temperatura do corpo humano. É baseado no acréscimo ou

decréscimo de tensão em componentes elétricos, causados

pela variação de temperatura.

3- Principais escalas termométricas: Nos países de língua latina é mais comum usar a

escala Celsius (0ºC a 100ºC). 0ºC representa o PG (ponto

de gelo) e 100ºC o PV (ponto de vaporização). Nos países

de língua inglesa utiliza-se a escala Fahrenheit (32ºF a

212ºF). Entretanto, no S.I. (Sistema Internacional de

Unidades), a unidade de medida de temperatura é dada

em Kelvin, chamada também de escala absoluta. Kelvin

considerou como ponto inicial de sua escala, a

temperatura mínima que teoricamente se pode obter (o

zero absoluto: 0K = 273,15ºC).

Pontos fixos: São estados térmicos bem caracterizados

por determinados fenômenos físicos. Pontos fixos (PF)

fundamentais:

1º Ponto Fixo ou ponto do gelo (PG): estado térmico do

gelo fundente (gelo se derretendo).

2º Ponto Fixo ou ponto do vapor (PV): estado térmico

do vapor de água em ebulição, sob pressão normal.

Na construção de uma escala determinada, são

adotadas convenções arbitrárias. Por isso, várias escalas

termométricas diferentes surgiram. Essa variedade de

escalas acarretava um série de inconvenientes ao trabalho

científico. Para superar essas dificuldades, os cientistas

sugeriram a adoção de uma escala única, baseada em

convenções internacionais – a escala Celsius

(anteriormente chamada de escala centígrada),

atualmente é adotada em quase todos os países do mundo.

Outra escala usada universalmente,

principalmente nos meios científicos, foi proposta pelo

físico irlandês Lord Kelvin (1824-1907) e denominada

escala Kelvin ou escala absoluta. Essa escala é baseada no

limite mínimo que pode alcançar a temperatura de um

corpo. Esse limite vem dos estudos sobre máquinas

térmicas, que demonstraram ser impossível uma

temperatura menor ou igual a -273 ºC, que foi

denominado zero absoluto.

0 ºC

100 ºC

O limite para a temperatura de um corpo

é -273 ºC. Esta temperatura é

denominada zero absoluto

Pág 2

1 - A temperatura em uma sala de aula é 25°C. Qual

será a leitura na escala Fahrenheit? E na escala Kelvin?

2 - Uma determinada quantidade de água está a uma

temperatura de . Essa temperatura corres-

ponde a:

a)

b)

c)

d)

e)

3 - Quando uma enfermeira coloca um termômetro

clínico de mercúrio sob a língua de um paciente, por

exemplo, ela sempre aguarda algum tempo antes de

fazer a sua leitura. Esse intervalo de tempo é

necessário,

a) para que o termômetro entre em equilíbrio

térmico com o corpo do paciente.

b) para que o mercúrio, que é muito pesado, possa

subir pelo tubo capilar.

c) para que o mercúrio passe pelo estrangulamento

do tubo capilar.

d) devido à diferença entre os valores do calor

específico do mercúrio e do corpo humano.

4 - Duas escalas termo-

métricas lineares estão

representadas na

figura a seguir.

Uma em °C, outra

em °Y. Quando a

escala Celsius marca 50°C,

a escala Yuri marca, em °Y: a) ( ) 30º b) ( ) 40º c) ( ) 50º d) ( ) 60º

Ct Ft Kt

Como exemplo, para uma dada temperatura

Celsius tc ou simplesmente C, haverá uma

correspondente na escala Fahrenheit tF ou

simplesmente F, e outra correspondente na

escala Kelvin tk ou simplesmente K.

Poderemos estabelecer uma relação

matemática entre as escalas:

5

273

9

32

5

100

273

180

32

100

0

KFC

KFC Dividindo a diferença entre a temperatura t e

valor inicial da escala pelo número de divisões

de cada uma delas, e simplificando os denominadores por 20

Exemplo 1

Uma pessoa com febre de 40º C teve sua temperatura

medida com um termômetro na escala Fahrenheit, qual o valor

indicado nesta escala?

9

328

9

32

5

40

9

32

5

F

F

FC

º104

104

3272

3272

329.8

F

ouF

F

F

F

Exemplo 2

Qual seria a temperatura do exemplo anterior lida na escala

Kelvin?

27340

273

5

273

5

K

KC

KC

313

313

27340

K

ouK

K

5

273

9

32

5

KFC

5

273

9

32

5

KFC

Exercícios

4- Dilatação Térmica

É a variação nas dimensões de um sólido (nas 3

dimensões) causada pelo aquecimento ou resfriamento. A dilatação de um sólido com o aumento de temperatura

ocorre porque, com o aumento da energia térmica

(energia de agitação –

cinética – de todas as

partículas do corpo),

aumentam as vibrações

dos átomos e moléculas

que formam o corpo,

fazendo com que passem

para posições de equilíbrio

mais afastadas que as

originais. Esse afastamento

maior dos átomos e das

Pág 3

2.1 - Relação entre as escalas

Forma mais simples da equação para converter temperatura entre as escalas Celsius,

Fahrenheit e Kelvin

Exemplo

Exemplo

Fo

ra d

a es

cala

rea

l. S

om

ente

ilu

stra

tiv

o.

Si

Sf

moléculas do corpo produz sua dilatação em todas as

direções.

A dilatação ocorre em todas as dimensões de um corpo

mas, para facilitar, é feito o estudo separado em três

formas, a dilatação linear (do comprimento), a

superficial (da área) e a volumétrica ( do volume).

5- Dilatação Linear É aquela em que predomina a variação em uma única

dimensão (o comprimento). A variação no comprimento

de um corpo é diretamente proporcional a variação da

temperatura e depende também do material que o

constitui ( if tt )

A expressão que define dilatação linear é:

tll i ..

atemperaturdeiaçãoat

linerdilatçãodeecoeficiento

inicialocomprimentoél

dilataçãoaél

i

var

coeficiente de dilatação linear (constante

característica do material que constitui o corpo e cuja

unidade é ºC-1) e t a variação da temperatura,

temperatura final menos a inicial.

6- Dilatação Superficial É aquela em que predomina a variação em duas

dimensões, ou seja, a variação da área.

A expressão que define dilatação superficial é:

tSS i ..

atemperaturdeiaçãoat

linerdilatçãodeecoeficiento

inicialáreaaéS

dilataçãoaéS

i

var

, o coeficiente de dilatação superficial

(constante característica do material que constitui o

corpo e cuja unidade é ºC-1)

.2

Obs.: quando se aquece uma chapa com um orifício, ela

se dilata como se fosse inteiriça, isto é, o orifício se

dilata, aumentando um pouco, como se fosse

constituído do mesmo material da chapa.

7- Dilatação Volumétrica A dilatação volumétrica se divide em dois casos, a

dilatação do volume de um sólido e a dilatação do

volume de líquidos.

7.1- Dilatação Volumétrica de sólidos É aquela em que ocorre a variação das 3 dimensões

de um corpo.

A expressão que define dilatação volumétrica é:

tVV i .. onde

atemperaturdeiaçãoat

ovolumetricdilatçãodeecoeficiento

inicialvolumeoéV

avolumétricdilataçãoaéV

i

var

o coeficiente de dilatação volumétrica

(constante característica do material que constitui o

corpo e cuja unidade é ºC-1)

.3

7.2- Dilatação Volumétrica de líquidos Os líquidos se dilatam obedecendo às mesmas leis

que estudamos para os sólidos. No entanto, para

estudarmos a dilatação de um líquido, ele deve estar

contido em um recipiente, que também se dilata. Por

esse motivo, ao observarmos um líquido se dilatando em

um frasco, o que estamos vendo é a sua dilatação

aparente, que é a diferença entre sua dilatação real e

a dilatação do frasco.

Quando um frasco contendo um líquido é

aquecido, ocorre o seguinte: o frasco é aquecido

primeiro, se dilata e observa-se uma ligeira redução na

altura da coluna de líquido; em seguida, o líquido

também se aquece, e como os líquidos em geral se

dilatam mais que os sólidos, podemos observar uma

elevação na altura da coluna de líquido.

(Temperatura

inicial)

(Temperatura

final)

A diferença entre os dois volumes Vf e Vi é a

dilatação volumétrica V após o aquecimento.

Pág 4

Coeficientes de Dilatação Linear

(ordem decrescente)

Substância )( 1Co

Chumbo 610.29

Zinco 610.25

Alumínio 610.23

Cobre 610.17

Aço 610.11

Vidro (comum) 610.0,9

Tungstênio 610.4

Vidro (pirex) 610.2,3

Diamante 610.9,0

Invar * 610.7,0

Sílica 610.4,0

Essa elevação portanto, é devido à dilatação aparente

do líquido, não expressa a dilatação total ou real do

mesmo, uma vez que o recipiente já dilatou e mascara

(esconde) parte de sua dilatação real. Sendo assim:

Essa relação vale também para os coeficientes:

Dilatação real

Dilatação

aparente

recipiente

Dilatação do

recipiente

=

+

cipienteAparenteal VVV ReRe

cipienteAparenteal ReRe

Exemplo 3

Uma ponte feita de aço, de 800 m de comprimento,

está sobre uma avenida, cuja temperatura passa de

24°C, no inverno, para 40° C no verão. Calcule a vaiação

do comprimento (a dilatação linear) dessa ponte e seu

comprimento final no verão.

Dado: 1610.11 Coaço

mL

L

L

L

L

L

tLL i

1408,0

000001,0.140800

10.140800

16.10..8800

1610.11.800

)2440(.10.11.800

..

6

6

6

6

Dilatação

mL

L

lLL if

1408,800

1408,0800

Comprimento final da

ponte. Note que no

verão ela aumenta

aproximadamente

14 cm

8 - Coeficientes de Dilatação Linear de alguns

materiais

Realizando-se experiências com barras feitas de

matérias diferentes, verifica-se que o valor de (

coeficiente de dilatação linear) é diferente para cada um

dos matérias. Isso pode ser entendido se lembrarmos que

as forças que ligam os átomos e as moléculas variam de

uma substância para outra, fazendo com que as

substâncias se dilatem de maneira diferente. A tabela

seguinte mostra os coeficientes de dilatação linear de

alguns materiais.

Essa relação vale também para os coeficientes:

* Invar são ligas à base de Ni (Níquel) e Fe (Ferro), que apresentam a propriedade de um baixo coeficiente de dilatação térmica.

Observe que, na tabela acima, os coeficientes

representam a variação do comprimento para cada grau

de variação de temperatura. Isso significa que uma

barra de cobre, por exemplo, de 1 metro de

comprimento, aumenta em 610.17 m ou 0,000017 m

quando sua temperatura se eleva 1 ºC.

É possível notar também que o Chumbo dilata mais que o

Zinco, e este mais que o Alumínio, e assim por diante.

:

Solução Exemplo

Exemplo 4

a) Porque um copo de vidro comum provavelmente se

quebrará se você o encher parcialmente de água

fervendo?

Porque apenas parte do copo em contato com a água se

aquece mais e se dilata, causando seu rompimento.

b) Porque um copo não se quebrará se for de vidro

pirex?

Porque o coeficiente de dilatação do vidro

pirex é pequeno.

Resposta

Resposta

Exemplo

Pág5

5. Sabendo-se que alumínio 2ferro, se um disco de ferro

envolvido por um anel de alumínio for aquecido

uniformemente (se somente o disco for aquecido):

a) o anel e o disco dilatarão igualmente e continuarão na

mesma posição.

b) somente o disco de ferro dilatará e comprimirá o anel

mais fortemente.

c) somente o anel de alumínio dilatará e comprimirá o anel

mais fortemente.

d) o anel de alumínio dilatará mais que o disco de ferro,

que se soltará facilmente.

6 Considere os seguintes coeficientes de dilatação linear:

Material Coeficiente de dilatação

linear, Alumínio 2,4 x 10

-5 ºC

-1 Bronze 1,8 x 10

-5 ºC

-1 Cobre 1,7 x 10

-5 ºC

-1 Ferro 1,2 x 10

-5 ºC

-1

Se você tiver quatro barras desses materiais, de mesmo

comprimento inicial il , e submetê-las à mesma variação

de temperatura t , qual delas se dilatará mais?

a) cobre

b) alumínio

c) ferro

d) bronze

7. Uma chapa com um orifício circular é aquecida de 50°C

para 100°C. Como conseqüência desse aquecimento, o

diâmetro do orifício:

a) dobra.

b) não varia.

c) diminui um pouco.

d) aumenta um pouco.

8. Um pino metálico, a uma dada temperatura, ajusta-se

perfeitamente em um orifício de uma placa metálica. Se

apenas a placa for aquecida, verifica-se que:

a) o pino não passará pelo orifício.

b) o pino passará mais facilmente pelo orifício.

c) haverá contração apenas do orifício da placa.

d) a placa dilatará; por isso o orifício diminuirá

Disco

de ferro

Anel de

alumínio

Exercícios

9. Quando um frasco completamente cheio de líquido é

aquecido, transborda um pouco. O volume do líquido

transbordado mede:

a) a dilatação absoluta do frasco.

b) a dilatação aparente do frasco.

c) a dilatação absoluta do líquido.

d) a dilatação aparente do líquido.

e) a dilatação do frasco mais a do líquido.

9 - Dilatação Anômala ou Irregular da Água

Os sólidos e líquidos, em geral, têm seu volume

aumentado conforme elevamos a temperatura.

Entretanto existem algumas substâncias que em

determinados intervalos de temperatura, apresentam

um comportamento inverso, ou seja, diminuem de

volume quando sua temperatura aumenta. Assim essas

substâncias têm o coeficiente de dilatação negativo

nesses intervalos.

Um exemplo destas substâncias é a água, que

apresenta essa anomalia no intervalo de 0ºC a 4ºC, isto

é, neste intervalo de temperatura o volume da água

diminui após 4ºC ela se dilata normalmente como todos

os líquidos. À isso chamamos de dilatação anômala da

água. Se medirmos o volume de 1 litro de água em

diferentes temperaturas, vamos observar variações

nesse valor, obtendo o seguinte gráfico, volume x

temperatura:

Se o volume diminui e a massa é mantida constante, há um aumento de densidade, ou seja, a substância fica mais “pesada”, sendo assim, a á água nessa faixa de temperatura é mais densa, mais “pesada” que o gelo. É por este motivo que, em alguns países onde o inverno é rigoroso, os lagos e rios se congelam apenas na superfície, enquanto que, no fundo, encontra-se a água de máxima densidade, isto é, água a 4ºC. Este fato é fundamental para a preservação da fauna e flora destes lugares. Se a água não apresentasse esta

irregularidade na dilatação, os rios e lagos se congelariam totalmente, causando danos irreparáveis as plantas e animais aquáticos.

Pág 6

CalQA 120 CalQB 120

Ct º20 Ct º30

Corpo

A Corpo

B

Calorimetria

9 - Calor é Energia A idéia de que o calor é energia foi introduzida

por Rumford, um engenheiro militar, em 1798, trabalhava

na perfuração de canos de canhão. Observando o

aquecimento das peças a serem perfuradas, Rumford

teve a idéia de atribuir este aquecimento, ao trabalho

que era realizado contra o atrito, na perfuração. Em

outras palavras, a energia empregada na realização

daquele trabalho era transferida para as peças,

provocando elevação de temperaturas. Modernamente,

considera-se que, quando a temperatura de um corpo é

aumentada, a energia que ele possui em seu interior,

energia interna, também aumenta. Se este corpo é

colocado em contato com outro, de temperatura mais

baixa, haverá transferência de energia do primeiro para o

segundo, energia esta que é denominada calor.

Portanto:

(Corpo A inicialmente com maior temperatura que B)

Unidade de medida de Calor

No S.I. (Sistema Internacional de unidades), calor é

medido em joule (J) por se tratar de um tipo de energia,

porém, é comum medir também em calorias (cal) ou

quilocalorias (kcal), 1 kcal = 1000 cal.

Por definição, 1 caloria é:

A quantidade de calor Q, é então, a quantidade

de energia transferida ou subtraída de um corpo,

elevando ou diminuindo a sua temperatura. É calculado

assim:

10 – Capacidade Térmica Suponha que uma quantidade de calor de 100 cal

fosse fornecida a um corpo A e que sua temperatura

elevasse 20ºC. Se a mesma quantidade de calor (100cal)

for fornecida a um corpo B, poderemos observar uma

elevação de temperatura diferente, por exemplo, de

10 ºC.

Calor é a energia transferida de um corpo para

outro em virtude, unicamente, de uma diferença de

temperatura entre eles.

1 cal = 4,18 J

tcmQ ..

)(ºvar

)º/(

)(

Catemperaturdeiaçãot

Cgcalespecíficocalorc

gmassam

Portanto, fornecendo a mesma quantidade de calor a

corpos diferentes, eles, em geral, apresentam diferentes

variações de temperatura . Para caracterizar este

comportamento dos corpos , defini-se uma grandeza,

denominada capacidade térmica, do seguinte modo:

Exemplo 4

se um corpo recebe uma quantidade de calor Q e

sua temperatura varia de t , a capacidade térmica

desse corpo é dada por

t

QC

(cal/ºC)

CcalCC

cal

t

QC

CcalCC

cal

t

QC

B

A

º/4º30

120

º/6º20

120

Solução Exemplo

Calculando as capacidades térmicas dos corpos

A e B, acima, observamos que, o corpo A

sofreu uma menor variação de temperatura

para a mesma quantidade de calor recebida.

Sendo assim, esse corpo possui maior

capacidade térmica.

11 - Calor Específico

Calor específico é uma grandeza física que

define a variação térmica de determinada substância ao

receber determinada quantidade de calor. É constante

para cada substância em cada estado físico. Pode-se

dizer que o calor específico caracteriza uma substância

(em determinado estado físico). A unidade de medida

usada é CgcalouCg

calº/

º (calorias por grama por

grau Celsius).

Pág 7

"Se encostarmos corpos, ou sistemas, que estejam com

temperaturas diferentes, haverá troca de calor entre

eles. E mais, o calor sempre passará do corpo de maior

temperatura para o corpo de menor temperatura, até que

ambos atinjam a mesma temperatura, ou seja, atinjam o

equilíbrio térmico", Quando os corpos estão em equilíbrio

térmico não há diferença em suas temperaturas, ou seja,

a diferença é igual a zero.

Cg

calcouc

g

Ccal

m

Cc

cmC

º03,0029,0

/º

170

0,5

.

Então, quando encostamos dois corpos com

temperaturas diferentes, ou seja, com níveis de energia

interna diferentes, a tendência é que parte da energia do

corpo de maior temperatura passe para o corpo de menor

temperatura.

12 - Equilíbrio térmico

Quando dois ou mais sistemas estão em contato

térmico entre si tendem a chegar ao equilíbrio térmico.

Substância Calor Específico

(cal/g.°C) água 1,0

álcool 0,6 alumínio 0,22

ar 0,24 carbono 0,12 chumbo 0,031 cobre 0,094 ferro 0,11 gelo 0,5 hélio 1,25

hidrogênio 3,4 latão 0,092

madeira 0,42 mercúrio 0,033

nitrogênio 0,25 ouro 0,032

oxigênio 0,22 prata 0,056

rochas 0,21 vidro 0,16 zinco 0,093

A tabela abaixo apresenta o calor específico de

algumas substâncias à pressão constante de 1 atm.

Obs.:

Sendo o calor específico característico de cada

material, para cada substância, são determinados

cuidadosamente nos laboratórios e apresentados

em tabelas, como abaixo.

Importante saber que 1 cal é a quantidade de

calor que deve ser fornecida a 1 g de água para

que sua temperatura se eleve de 1 ºC. A calor

específico da água é portanto, c= 1 cal/gºC

Observando a tebela, concluimos que:

- a água precisa receber 1 caloria para cada 1 grama

possa ter sua temperatura aumenteda de 1 ºC.

- o ferro precisa receber 0,11 calorias para cada 1

grama possa ter sua temperatura aumanteda de 1 ºC.

Ou seja, a água precisa receber uma quantidade de calor

maior que o ferro, por exemplo, para ter a mesma

variação de temperatura.

“A água demora mais pra se aquecer que uma mesma

massa de ferro, e também demoraria mais pra se

esfriar”

Se um corpo de massa m tem capacidade térmica

C, o calor específico, do material que constitui o corpo

é dado por:

m

Cc

)/º(

)(

)º/(

CcaltérmicadecapacidaC

gmassam

Cgcalespecíficocalorc

Exemplo 5

Tomando-se um bloco de chumbo cuja massa é m= 170 g,

verificamos que sua capacidade térmica é C = 5,0

cal/ºC. Consequentemente, o calor específico do chumbo

vale:

5 170

500 170

0,029

Solução Exemplo

Exemplo 6

Qual a quantidade de calor necessária para elevar a

temperatura de 200g de cobre de 25°C para 70°C? O

calor específico do cobre é igual a 0,093 cal/g • °C.

Dado: Q = m c t = m c (tf - ti)

cal837

45.6,18

45.093,0.200

)2570(.093,0.200

..

Q

Q

Q

Q

tcmQ

Solução Exemplo

Pág 8

tcmQ ..

tcmQ ..

t

QC

tcmQ ..

t

QC

10 A temperatura de uma panela de ferro de massa

igual a 500g se elevou de 20°C para 60°C, quando ela

absorveu 240cal. A capacidade térmica dessa panela

vale (em cal/°C):

a) 6

b) 4

c) 3

d) 12

11. Uma esfera metálica encontra-se a uma

temperatura inicial ti = 10°C. Fornecendo-se a esse

corpo uma quantidade de calor Q = 400cal, sua

temperatura final tf passa a ser de 50°C. A capacidade

térmica (C) dessa esfera é (em cal/°C):

a) 10

b) 11

c) 0,1

d) 0,4

12. Uma barra metálica com 200g de massa tem

capacidade térmica C = 40cal/°C. O calor específico

(c) do metal que constitui a esfera é de (em cal/g•°C):

a) 0,2

b) 0,5

c) 2,0

d) 5,9

13. Na tubulação de um aquecedor solar há 1500g de

água à temperatura de 20°C. A quantidade de energia

recebida pelo conjunto, para que a temperatura

atingisse 60°C, foi de (em Kcal):

Dado: cágua = 1cal/g •°C

a) 30

b) 60 1000 cal = 1Kcal

c) 90

d) 120

14. O calor específico de uma substância é igual a 0,50

cal/g •°C. Para que a temperatura de uma amostra de

10g dessa substância varie de 10°C é preciso que a

amostra absorva, no mínimo (em cal):

a) 0,50

b) 5,0

c) 25

d) 50

15. Uma peça de alumínio de 20g de massa encontra-se

à temperatura de 10°C. A quantidade de calor

necessária para elevar sua temperatura até 40°C, vale,

em cal: Dado: calumínio = 0,22cal/g •°C

a) 120

b) 132

c) 150

d) 182,

Exercícios

cmC .

16. Um sistema A está em equilíbrio térmico com outro B, e este não está em equilíbrio com um outro C. Então podemos dizer que:

a) os sistemas A e B possuem a mesma quantidade de calor. b) a temperatura de A é diferente da de B.

c) os sistemas A e B possuem a mesma temperatura.

d) a temperatura de B é diferente da de C, mas C pode ter temperatura igual à do sistema A 17. Para que haja troca de calor entre 2 corpos é

necessário que:

a) tenham massas diferentes.

b) estejam a temperaturas diferentes.

c) sejam constituídos de substâncias diferentes.

d) exista um meio condutor de calor entre ambos.

13 – Estados da matéria – mudança de estado

Na natureza, as substâncias podem ser

encontradas em três diferentes estados, as quais são

denominados de estado sólida, estado líquido e estado

gasoso. Os fatores que determinam o estado em que as

substâncias se encontram são a temperatura e a

pressão. Ou seja, para cada estado, as substâncias

possuem temperatura e pressão diferentes. Por

exemplo, o ferro em condições normais apresenta-se

no estado sólido, mas se elevarmos a sua temperatura e

atingir seu ponto de fusão, passará a ser líquido. O

mesmo acontece com a água. Em condições normais esta

substância se encontra no estado líquido, contudo, se

abaixarmos a sua temperatura até seu ponto de

solidificação (0º), passará para o estado sólido.

Quando a substância muda de um estado para

outro como, por exemplo, do sólido para o líquido,

dizemos que ela sofreu uma mudança de

estado ou mudança de fase. Isso acontece sempre

que a substância ganha ou perde calor até atingir seu

ponto de mudança de fase. Ao fazer isso,

provocamos o aumento ou redução no grau de

agitação dos átomos que constitui a substância, e

esse aumento ou essa redução, faz com que a força

de ligação entre eles seja alterada, provocando,

dessa forma, a mudança de fase.

Todavia, essa mudança de estado também pode

acontecer quando se altera a pressão sobre a

substância.

Exercícios

Pág 9

Exemplo 7

Qual a quantidade de calor necessária para fundir

(derreter) 20g de gelo a 0°C. O calor latente de fusão

do gelo é igual a 80 cal/g.

Dado: Q = m L

Exemplo

As mudanças possíveis e seus respectivos nomes são:

Estado Sólido

É quando os átomos das moléculas constituintes da

matéria estão em um estado de agitação baixo, podendo

ser concentrados mais átomos em um mesmo espaço físico.

A sua forma e volume são fixos.

Estado Líquido

Os átomos de uma substância líquida se apresentam

mais afastados uns dos outros do que no estado sólido e,

consequentemente, as forças de ligação entre eles são

mais fracas. Assim, o movimento de vibração dos átomos se

faz mais livremente, permitindo que eles sofram pequenas

translações no interior do líquido. É por esse motivo que os

líquidos podem escoar com facilidade, não oferecem

resistência à penetração e tomam a forma do recipiente

onde são colocados.

Estado Gasoso

Na estrutura interna de um gás, a separação entre os

átomos ou as moléculas, é muito maior do que nos sólidos e

nos líquidos, sendo praticamente nula a força de ligação

entre estas partículas. Por esse motivo, elas se

movimentam livremente em todas as direções, fazendo com

que os gases não apresentem forma definida e ocupem

sempre o volume total do recipiente onde estão contidos.

13 - Calor de fusão ou calor latente

Calor latente é a grandeza física relacionada à

quantidade de calor que uma unidade de massa de

determinada substância deve receber ou ceder para mudar

de estado, ou seja, passe do sólido para o líquido, do líquido

para o gasoso e vice versa. Durante a mudança de fase a

temperatura da substância não varia (permanece

constante), mas seu estado de agregação se modifica. O

calor latente pode assumir tanto valores positivos quanto

negativos. Se for positivo quer dizer que a substância está

recebendo calor, se negativo ela está cedendo calor. A

unidade usual é caloria por grama (cal/g). Para calcular o

calor latente de uma substância, basta dividir a quantidade

de calor Q que a substância precisa ganhar ou perder para

mudar de estado pela massa m da mesma.

sólido líquido gasoso

)(

)(

)/(

cal

calordedequantidaQ

gmassam

gcallatentecalorL

A água quando está fervendo está à temperatura de 100ºC (temperatura de vaporização ou ebulição da água ao nível do mar), e permanece nessa mesma temperatura até ser transformada em vapor.

O gelo derretendo-se encontra-se a 0ºC (temperatura de fusão do gelo ao nível do mar), e permanece nessa mesma temperatura até ser transformado em líquido.

Como informação, observe a tabela a baixo o ponto de

fusão de algumas substâncias, e respectivo calor latente

de fusão FL .

Substância Ponto de fusão

(°C)

Calor Latente de

Fusão FL (cal/g)

água 0 80 álcool -114 25

alumínio 659 95 cloreto de sódio 800 124

cobre 1 083 49 chumbo 327 6 enxofre 119 13

ferro 1 535 64 ouro 1 063 15

Nesta próxima tabela se verifica o ponto de

vaporização de algumas substâncias e respectivo calor

latente de vaporização.

Substância Ponto de

Vaporização (°C)

Calor Latente de

Vaporização (cal/g)

água 100 540

álcool 78 204

alumínio 2.519 2569

cloreto de sódio 1.465 -

cobre 2.562 1288

chumbo 1.749 209

enxofre 445 78

ferro 2.861 1508

ouro 2.856 376

Pág 10

10

200

.10200

.

l

l

lmQ gcall /20

gKcalQougcalQ

Q

LmQ

/6,1/1600

80.200

.

120

90

0

-20

-50

100 300 500 800 900 Q(cal)

T (ºC)

A

B C

D E

F

Solução

18. Um bloco de gelo de massa 200g encontra-se a 0°C.

Calcule a quantidade de calor que se deve fornecer a

esse bloco para que se transforme totalmente em água

a 0°C.

Dados: Lf = 80cal/g; Q = m L; 1Kcal = 1000cal

19. A quantidade de calor necessária para derreter

100g de gelo a 0°C é, em cal:

Dados: Lfgelo = 80cal/g; Q = m L

a) 0,8 b) 8,0 c) 80

d) 800 e) 8000

20. Um corpo de alumínio de massa 6g em estado sólido,

é aquecido até o ponto de fusão. Sabendo que o calor

latente do corpo é de 95 cal/g, determine a quantidade

de calor recebida pelo corpo.

Dado: Q=m.L

21. Na mudança de estado de uma substância, qual

grandeza permanece constante?

a) Temperatura

b) Volume

c) A quantidade de calor

d) Sua densidade

22. Ao se observar a ebulição (fervura) de um litro de

água, é possível concluir que sua temperatura é:

a) certamente menor que 100 ºC

b) de aproximadamente 100 ºC

c) de 0 ºC

d) certamente maior que 100 ºC

23. Um banhista (nadador), ao sair da água num dia de

vento, tem uma acentuada sensação de frio porque:

a) o vento rouba calor do corpo.

b) a evaporação é favorecida pelo vento.

c) a água possui grande calor específico.

d) a temperatura ambiente é menor que a da água.

e) a temperatura ambiente é menor que a do corpo do

banhista.

Exercícios

Exemplo 8

O gráfico a seguir é a curva de aquecimento de 10g de uma substância inicialmente no estado sólido, à pressão de 1 atm. A) Qual a temperatura de fusão da substância? B) Qual a temperatura de vaporização da substância? C) Quantas vezes a substância mudou de estado? D) Quantas calorias foram gastas na vaporização?

∆Q = 800 – 500 ∆Q = 300 cal

E) Determine o calor específico da substância na fase sólida, líquida e gasosa. sólida: A até B líquida: C até D gasosa: E até F F) Determine o calor latente de fusão e vaporização da substância. De B até C

Exemplo

Nas mudanças de estado a temperatura é constante, ou seja,

nos patamares do gráfico. Como o corpo era inicialmente

sólido, então de B até C se dá a fusão, a -20ºC.

De C até D o corpo está em estado líquido, então, de D até E

se dá a vaporização, a 90ºC.

Mudou de estado 2 vezes, de B até C e de D até E.

A vaporização se dá entre D e E, 500 a 800 cal.

30..10100

)5020.(.10100

))50(20.(.10100

..

c

c

c

tcmQ

cgcalc

c

c

º/33,0

3

1

300

100

.300100

110..10200

))20(90.(.10200

..

c

c

tcmQ

cgcalc

c

c

º/18,0

1100

200

.1100200

T = 90 ºC

T = -20 ºC

30..10100

)90120.(.10100

..

c

c

tcmQ

cgcalc

c

c

º/33,0

3

1

300

100

.300100

Solução

Pág 11

Solução

20.80

Exemplo

Calor

24. Um corpo, inicialmente sólido, de massa 80g,

recebe calor e sofre variação de temperatura

conforme indica o gráfico a seguir.

Determine:

a) a temperatura de fusão da substância;

b) o calor latente de fusão do corpo;

c) o calor específico do corpo no estado sólido;

d) o calor específico no estado líquido.

e) quantas vezes o corpo mudou de estado?

25. Qual é a quantidade de calor necessária para

transformar 1/2 litro (500 g) de água a 100 ºC em

vapor de água a 100 ºC?

São dados:

calor latente de vaporização da água: l=540 cal/g

lmQ .

26. O Gelo-seco é o nome popular para o dióxido de

carbono solidificado ao ser resfriado a uma

temperatura inferior a -78 °C. Ao ser aquecido na

pressão atmosférica torna-se imediatamente gás de

dióxido de carbono, sem passar pelo estado líquido.

Esse processo recebe o nome de:

a) Fusão

b) Solidificação

c) Sublimação

d) Liquefação

27. Uma pedra de enxofre, de massa igual a 200g,

encontra-se à temperatura de 119 ºC. Consulte na

tabela o calor latente de fusão do enxofre, calcule e

responda: 2300 cal é suficiente para se derreter

completamente essa pedra de enxofre?

Dado: lmQ .

A

B C

D

100 300 600 Q (Cal )

t (ºC)

0

100

200

300

Exercícios Transmissão de calor Já sabemos que o calor é uma forma de energia

transferida de um corpo para outro devido à diferença

de temperatura entre eles. Essa transferência de

energia (calor) pode ocorrer de três formas distintas:

condução, convecção e irradiação.

Transmissão de calor por condução

Ao aquecermos uma barra metálica colocando uma de

suas extremidades no fogo, veja na figura abaixo, os

átomos ou moléculas dessa extremidade, aquecida pela

chama, adquirem uma maior energia de agitação. Essa

energia é transmitida para os átomos mais próximos, e

as regiões vizinhas também se aquecem. Dessa forma, a

pessoa que segura a barra na outra extremidade terá a

sensação de elevação de temperatura após um intervalo

de tempo. Houve, portanto, uma transmissão de calor ao

longo da barra por condução. O mesmo foi conduzido

pelo material.

Transmissão de calor por convecção

Quando um recipiente contendo água, é aquecido

sobre uma chama, recebe calor no fundo por condução.

Consequentemente, o volume dessa camada de líquido

mais profunda aumenta, diminuindo de densidade (fica

mais leve) e sobe para parte superior do recipiente,

sendo substituída por água mais fria e mais densa (mais

pesada). O processo continua, com uma circulação

contínua de correntes de água mais quente para cima, e

mais fria para baixo, denominados de correntes de

convecção.

Na convecção térmica, a

propagação do calor se dá pelo

movimento de matéria de uma

região para outra. Ela só corre

nos fluidos, ou seja, nos

líquidos e gases.

Pág 12

A condução térmica é a propagação do calor na qual a

energia (térmica) se transmite de partícula para

partícula. É conduzido pelo material.

Pág 12

Nos refrigeradores,

o congelador (parte

mais fria) encontra-

se na parte

superior, facilitando

a formação de

correntes de ar no

sentido descendente

(de cima para

baixo).

Essas correntes se formam quando o ar se contrai

(esfria), ficando mais denso (mais pesado),

ocasionando a descida da corrente de ar para as

partes baixas da geladeira.

Na figura abaixo, temos o aquecimento de uma sala

por uma lareira. O ambiente é aquecido tanto pelo

processo de irradiação quanto por convecção, mas o

aquecimento mais acentuado é pelo processo de

convecção.

Transmissão de calor por irradiação

Vimos que a transferência de calor por condução e

convecção exige a presença de um meio material

condutor para que ela ocorra. A irradiação, ao

contrário, pode se fazer através do espaço vazio.

Pense no calor que o sol continuamente transfere para

a Terra, como não há um meio material entre eles,

esse calor se propaga através de ondas

eletromagnéticas. A esse terceiro processo de

transmissão de calor chamamos de irradiação ou

radiação.

Na irradiação térmica, a

propagação do calor se dá pelo

espaço vazio sem que haja um meio

material condutor O calor se

propaga através de ondas eletro

magnéticas.

A figura seguinte ilustra os três processos de

transmissão do calor em uma fogueira. Na barra

metálica o calor flui por condução, acima da

fogueira haverá o movimento do ar quente, em que

o calor flui por convecção, e lateralmente o calor é

sentido por irradiação, mesmo que esteja a uma

certa distância da fogueira.

Aplicações da transmissão de calor

Garrafa térmica As garrafa térmica possui um funcionamento bastante

interessante. As paredes da garrafa térmica são

duplas e prateadas. As paredes duplas são separadas

por praticamente um vácuo, de tal forma que as trocas

de calor por condução ou convecção, são minimizadas,

pois elas precisam de um meio material para ocorrer.

Já as paredes prateadas minimizam as trocas de calor

por radiação, fazendo com que o liquido dentro da

garrafa não perca nem receba calor.

Pág 13

Estufa de cultivo de plantas

Uma estufa é uma estrutura que tem como objetivo

absorver o calor proveniente do Sol e, mantê-lo

condicionado em seu interior. A estufa de plantas,

além de proteger a planta contra possíveis ameaças

externas, mantém a temperatura interna controlada

de acordo com a entrada de radiação solar. Ela é

construída por materiais transparentes, que permitem

a passagem de praticamente toda a radiação solar.

Esta radiação aquece o solo da estufa e, sabemos que

todo corpo aquecido emite radiação infravermelha. A

radiação infravermelha aquece o ar das camadas

inferiores da estufa, formando correntes de

convecção (massas de ar quente sobe e massas de ar

frio descem) que vão levar o ar quente para as

camadas superiores da estufa, sendo que, este ar é

impedido de se propagar para o ambiente externo. A

radiação infravermelha também é impedida de se

propagar para o ambiente externo pelas paredes da

estufa. Numa estufa onde a fonte de calor é o sol

normalmente utilizada para cultivar (plantas,árvores

etc.),o aquecimento dá-se essencialmente por

irradiação pois, a convecção é suprimida. Não há troca

de ar entre o interior e o exterior, sendo assim a

energia que entra pela radiação solar que aquece o

ambiente interno não é perdida com as correntes

ascendestes que carregariam o calor, normalmente

feita de materiais semitransparentes

Efeito estufa A terra sofre um processo parecido com o da

estufa. Determinados gases na atmosfera terrestre

como o dióxido de carbono ( 2CO ), o óxido nitroso

( ON2 ), o metano ( 4CH ), e os hidrofluorcarbonos

(HFCs), entre outros, absorvem parte da radiação

infravermelha emitida pela superfície terrestre pela

reflexão dos raios solares. Como conseqüência, o

planeta perde pouco calor para o espaço por radiação e

fica mais aquecido, fenômeno denominado efeito

estufa.

O efeito estufa é um fenômeno natural que mantém a

temperatura da Terra estável e em valores que

possibilitam a vida no planeta.

Nos últimos anos, a concentração de dióxido de

carbono na atmosfera tem aumentado cerca de 0,4%

anualmente; esse aumento se deve à utilização de

petróleo, gás e carvão e à destruição das florestas

tropicais. A concentração de outros gases que

contribuem para o efeito estufa, tais como o metano e

os clorofluorcarbonetos, também aumentou

rapidamente. O efeito conjunto de tais substâncias

pode vir a causar um aumento da temperatura global

(aquecimento global) estimado entre 2ºC e 6 ºC nos

próximos 100 anos. Um aquecimento dessa ordem de

grandeza não só irá alterar os climas a nível mundial

como também irá aumentar o nível médio das águas do

mar, pelo menos 30 cm, o que poderá interferir na vida

de milhões de pessoas habitando as áreas costeiras

mais baixas.

(http://educar.sc.usp.br/licenciatura/2003/ee/Efeito_Estufa.html

- acesso em set/2012)

Aquecedor solar

Os componentes principais do sistema de aquecimento

solar são: coletor solar de alto desempenho e

reservatório térmico. No primeiro ocorre a

transmissão do calor por meio de três processos:

condução, convecção e radiação. A energia solar que

incide por radiação (ou irradiação) é absorvida pelas

placas coletoras. Estas transmitem essa energia para a

água (por condução) que circula no interior de suas

tubulações de cobre (através da convecção). Uma

pequena parte da energia é refletida para o ar que

envolve a chapa. A eficiência do coletor é dada pela

proporção dessas três parcelas de energia (absorvida,

transmitida e refletida) em relação à quantidade total

de energia incidente. Nos sistemas convencionais, a água que entra por

baixo, ao absorver calor, sobe pela tubulação, por

convecção, sendo armazenada no reservatório.

Pág 14

Nesse sistema, a circulação faz-se por convecção

natural, em que o fluido térmico aquece tornando-se

menos denso, mais leve, e sobe do coletor para o

depósito, esfria, e desce novamente para o coletor. O

processo é contínuo desde que haja radiação solar

disponível e a temperatura no coletor seja superior à

do reservatório.

O uso de coletores solares tem sido cada vez mais

difundido, tendo em vista a economia de energia que

eles apresentam, seu baixo custo de manutenção e sua

eficiência.

Asa delta e as correntes de convecção Os praticantes de asa delta, procuram as correntes

de ar quente ascendentes (correntes de convecção),

para que possam ficar por mais tempo no ar.

28. Assinale a alternativa correta:

A ( ) A radiação é um processo de transmissão do calor

que só se verifica em meios sólidos

B ( ) A convecção térmica só ocorre nos fluidos, ou

seja, não se verifica no vácuo nem em materiais

no estado sólido

C ( ) A condução térmica só ocorre no vácuo; no

entanto, a convecção térmica se verifica

inclusive em matérias no estado sólido

D ( ) A condução e a convecção térmica só ocorrem no

vácuo

29. “Uma cozinheira está aquecendo um litro de água

em uma panela de alumínio na chama de um bico de gás.

A panela se aquece porque o calor se propaga por

________; o aquecimento da água ocorre por

_________ e a cozinheira, mesmo a certa distância,

sente ‘calor’ porque o calor se propaga por ________.”

As palavras que completam, corretamente e pela

ordem, as lacunas do texto acima são:

a) convecção; irradiação; condução.

b) irradiação; condução; convecção.

c) condução; irradiação; convecção.

d) condução; convecção; irradiação.

e) convecção; condução; irradiação.

30. Considere 3 fenômenos simples: I – circulação de ar em geladeira. II – aquecimento de uma barra de ferro. III – variação da temperatura do corpo humano no banho de sol. Os principais tipos de transferência de calor que ocorrem nos fenômenos acima, na mesma ordem são: a) convecção, condução, irradiação b) convecção, irradiação, condução c) condução, convecção, irradiação d) irradiação, convecção, condução e) condução, irradiação, convecção 31. Uma pessoa próxima a uma fogueira de festa junina é aquecida principalmente por: a) evaporação. b) irradiação.

c) condução. d) convecção. 32. No inverno, as lareiras são usadas para aumentar a temperatura no interior das residências. Esse aquecimento é feito principalmente por: a) radiação. b) condução. c) ebulição.

d) convecção.

e) evaporação.

Exercícios

Pág 15

33. A charge representa, de modo metafórico, uma

grave consequência ambiental do fenômeno chamado

“aquecimento global”. O calor é uma forma de energia

que pode ser transferida de um corpo para outro. Este

processo de transmissão pode acontecer de uma

molécula para outra, de um ponto para outro ou mesmo

do Sol para a Terra, por meio do espaço. A energia

solar fornecida pode ser transformada em energia

térmica, aquecendo-se a água, ou em energia elétrica,

por meio de células fotovoltaicas. Observando-se a

figura, qual(is) das seguintes afirmações um dos

pinguins poderia fazer para seu amigo?

I - Por meio da transpiração, perdemos parte da

energia recebida do Sol.

II - Sentimos muito o efeito do calor em uma praia em

razão da energia do Sol, que é refletida pela areia.

III - O cáctus recebe a energia solar e a transforma

em energia cinética.

É válido o que se afirma em:

a) I, apenas.

b) I e II, apenas.

c) I e III, apenas.

d) II e III, apenas.

e) I, II e III.

34. (UFRN) Matilde é uma estudante de Arquitetura

que vai fazer o seu primeiro projeto: um prédio a ser

construído em Natal (RN). Ela precisa prever a

localização de um aparelho de ar-condicionado para uma

sala e, por ter estudado pouco Termodinâmica, está em

dúvida se deve colocar o aparelho próximo do teto ou

do piso. Ajude Matilde, dando-lhe uma sugestão sobre a

escolha que ela deve fazer nesse caso. (Justifique a

sua sugestão.)

35. O ventilador em funcionamento provoca no

ambiente uma sensação de frescor. Esse fenômeno se

explica pelo fato de que o ventilador:

a) diminui a temperatura do ar.

b) altera o calor específico do ar.

c) afasta o ar quente de perto da pele dos usuários.

d) aumenta a pressão do ar sobre a pele dos usuários.

Exercícios Exercícios

Pág 16

Respostas:

Questão 1) KTeCT KC 298º77

Questão 2) D

Questão 3) A

Questão 4) C

Questão 5) B

Questão 6) B

Questão 7) D

Questão 8) B

Questão 9) D

Questão 10) A

Questão 11) A

Questão 12) A

Questão 13) B

Questão 14) D

Questão 15) B

Questão 16) C

Questão 17) B

Questão 18) Q = 16000 cal ou Q = 16 Kcal

Questão 19) Q = 8000 cal ou Q = 8 Kcal

Questão 20) Q = 570 cal

Questão 21) A

Questão 22) B

Questão 23) B

Questão 24) a) t = 200 ºC

b) l = 2,5 cal/g

c) c = 0,0125 cal/gºC

d) c = 0,0375 cal/gºC

e) uma vez

Questão 25) Q = 270 Kcal

Questão 26) C

Questão 27) Não. Seriam necessário 2600 cal.

Questão 28) B

Questão 29) D

Questão 30) A

Questão 31) B

Questão 32) D

Questão 33) B

Questão 34) Matilde deve colocar o

aparelho de ar-condicionado na parede, próximo ao

teto. O ar frio lançado pelo aparelho na sala deve

descer e o ar quente, que está embaixo, subir.

Questão 35) C

Pág 17

Bibliografia: 01 ÁLVARES, Beatriz Alvarenga; DA LUZ, Antônio Máximo. Curso de Física ;

volume 2. São Paulo: Editora Scipione. 361p. 02 DA SILVA, Cláudio Xavier; FILHO, Benigno Barreto. Coleção Física aula por aula. Ensino Médio ; volume 2 – São Paulo: FTD, 2010. 336p. 03 FILHO, Aurélio Gonçalves; TOSCANO, Carlos.Física e realidade. Volume 2. São Paulo: Editora Scipione, 2011. 56p. 04 SILVA,Paulo Estevão N.; DOS SANTOS, Roberto R. dos Santos. Física Cinemática Escalar - Belo Horizonte: CESEC Maria Vieira Barbosa, 2010. 8p.

USP. Universidade de São Paulo. Licenciatura em Ciências Exatas. Efeito Estufa. Disponível em http://educar.sc.usp.br/licenciatura/2003/ee/Efeito_Estufa.html Acesso em set/2012. METÁLICA. Aquecedor solar: utilização e vantagens. Disponível em:

http://metalica.com.br/aquecedores-solar-utilizacao-e-vantagens Acesso em set/2012.

BRASIL ESCILA. Termologia. Disponível em: http://www.brasilescola.com/fisica/termologia.htm . Acesso em ago/2012.

SÓ FÍSICA. Manual de Apoio. Termologia. Disponível em:

http://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Termometria/temperatura.php. Acesso em ago/2012.

MUNDO EDUCAÇÃO. Física. Termologia. Disponível em http://www.mundoeducacao.com.br/fisica/termologia.htm

Acesso em ago/2012.

INFO ESCOLA. Navegando e aprendendo. Termologia. Disponível em: http://www.infoescola.com/fisica/termologia/.

Acesso em ago/2012.