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A Termodinâmica é a parte da Física Clássica que estuda os sistemas térmicos,
os processos de transformações físicas que ocorrem em tais sistemas, bem como as
trocas de energia, calor e o trabalho mecânico.
Temperatura
Temperatura e calor são grandezas básicas no estudo da termofísica e tanto a
sua compreensão como a sua perfeita distinção são de importância vital para o
entendimento de toda a termofísica. De maneira simplificada pode-se definir que
temperatura como uma grandeza que permite avaliar o nível de agitação das
moléculas de um corpo. De acordo com a teoria cinética dos gases, as moléculas
de um gás movem-se livre e desordenadamente em seu interior, separadas umas
das outras, e apenas interagindo entre si durante colisões eventuais. A medida
que se aquece o gás, a velocidade com que suas moléculas se movem aumenta,
caracterizando um aumento na energia cinética dessas moléculas, da mesma
forma um resfriamento do gás provoca a diminuição da velocidade e da energia
cinética de suas moléculas. Como a velocidade e conseqüentemente a energia
cinética de cada átomo que constitue uma molécula não é a mesma, o estado
térmico de um corpo é avaliado pela energia cinética média de seus átomos:
quanto maior for a energia cinética média das partículas que compõem um
corpo, maior será a sua temperatuta.
Calor
Colocando dois corpos de temperaturas diferentes em contato térmico,
observamos o mais quente esfriar e o mais frio esquentar. O corpo mais quente
perde calor e o corpo mais frio ganha calor. Os corpo trocarão calor até a
atingirem a mesma temperatura, neste caso estarão em equilíbrio térmico. Essa
é a chamada lei zero da Termodinâmica.
Portanto o calor é a energia em trânsito do corpo mais quente para o corpo mais
frio por causa da diferença de temperatura dos corpos em contato térmico.
Então, a unidade de medida de calor é a mesma unidade de energia.
No Sistema Internacional, a unidade de energia é o joule ou , e na Química se
usa a caloria ou
. A equivalência entre as unidades é:
Escalas Termométricas
Dentre os diversos tipos, estudaremos as escalas termométricas a partir do
termômetro de mercúrio, o mais simples e comum. É constituído de uma haste
oca de vidro, ligada a um bulbo contendo mercúrio. Ao ser colocado em contato
com um corpo ou ambiente cuja temperatura se quer medir, o mercúrio se dilata
ou contrai, de forma que cada comprimento de sua coluna corresponde a um
valor de temperatura. A parede da haste é graduada convenientemente, para
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indicar a temperatura correspondente a cada comprimento da coluna de
mercúrio.
As escalas termométricas mais importantes são a Celsius, a Fahrenheit e a
Kelvin, e são atribuídos aos pontos fixos (ponto de fusão PF e ponto de ebulição
da água PE), os valores abaixo:
Figura 19.1: Os pontos de referência nas diferentes escalas.
Conversão de Temperaturas
Embora usualmente se empregue o grau Celsius (
) como unidade prática de
temperatura, a conversão entre escalas é muito importante, pois o kelvin é a
unidade de temperatura do SI, e o grau fahrenheit (
) ainda é bastante
utilizado em livros e filmes de língua inglesa. A relação entre as escalas
termométricas pode ser obtida facilmente através de proporções matemáticas.
Imagine-se três termômetros de construção idêntica, cada um graduado em uma
das escalas (Celsius , Fahrenheit e Kelvin), em equilíbrio térmico com um mesmo
corpo. Obviamente, os três termômetros estarão indicando o mesmo estado
térmico e, portanto, apresentarão as colunas de mercúrio no mesmo nível.
Observando-se os pontos fixos já definidos para cada escala, e chamando
de TC,TF e , as temperaturas do corpo nas escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin,
respectivamente, podem-se estabelecer as proporções:
logo:
Observe que ambas as escalas Celsius e Kelvin são centígradas, pois o intervalo e
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calibração (do ponto de fusão do gelo ao de ebulição da água) é dividido em 100
graus, ou 100 partes. Na escala Fahrenheit, este intervalo é subdividido em 180
partes (graus fahrenheit).
Intervalos de Temperatura
Converter temperaturas de uma escala para a outra não é o mesmo que
converter intervalos de temperatura entre as escalas. Exemplo, um intervalo de
temperatura de
corresponde, na escala absoluta (ou Kelvin) a um
intervalo de
, e na escala Fahrenheit, o intervalo correspondente será
de
, pois para cada grau celsius, temos 1,8 grau fahrenheit.
A menor temperatura que existe na natureza é o chamado zero absoluto ou
seja,
. Por isso a escala Kelvin é dita absoluta. Nas outras escalas, os zeros
foram escolhidos arbitrariamente, não levando em conta a possibilidade de
haver uma menor temperatura possível na natureza, o que só foi descoberto
depois da criação das primeiras escalas térmicas.
Pense um Pouco!
Qual a temperatura normal do corpo humano, em
?
 A temperatura ideal da cerveja é em torno de
, antes de beber. Se
dispomos apenas de um termômetro com escala Kelvin, qual a
temperatura absoluta correspondente ao mesmo estado térmico da cerveja
ideal?
Exercícios de Aplicação
1. Ao tomar a temperatura de um paciente, um médico só dispunha de um
termômetro graduado na escala Fahrenheit. Se o paciente estava com febre
de
, a leitura feita pelo médico no termômetro por ele utilizado foi de :
a) 104 ºF
c) 72 ºF
e) 106,3 ºF
b) 107,6 ºF
d) 40ºF
2. (URCAMP-SP) No interior de um forno, um termômetro Celsius marca
.
Um termômetro Fahrenheit e um Kelvin marcariam na mesma situação,
respectivamente:
a)
e
c)
e
e) nenhuma resposta é
b)
e
d)
e
correta
3. (ACAFE) Uma determinada quantidade de água está a uma temperatura
de
. Essa temperatura corresponde a:
a)
d)
b)
e)
c)
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Exercícios Complementares
4. (UEL) Um termômetro foi graduado, em graus Celsius, incorretamente. Ele
assinala
para o gelo em fusão e
para a água em ebulição, sob pressão
normal. Pode-se afirmar que a única temperatura que esse termômetro assinala
corretamente, em graus Celsius é:
a) 12
d) 25
b) 49
e) 64
c) 75
5. (CENTET-BA) Num termômetro de escala
,
correspondem a
,
da escala Celsius, e
correspondem a
, na escala Fahrenheit. Esse
termômetro apresentará, para a fusão do gelo e a ebulição da água, os
respectivos valores, em
:
a) 0 e 60
d) 20 e 80
b) 0 e 80
e) 60 e 80
c) 20 e 60
6. (PUC) Uma revista científica publicou certa vez um artigo sobre o planeta
Plutão que, entre outras informações, dizia ``...sua temperatura atinge -380
º ...''. Embora o autor não especificasse a escala termométrica utilizada,
certamente se refere à escala:
a) Kelvin
b) Celsius
c) Fahrenheit
d) Kelvin ou Celsius
e) Fahrenheit ou Celsius
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