É comum que os termos calor e temperatura sejam usados como sinônimos nas ações do dia a dia. Mas engana-se quem pensa que essas palavras representam a mesma coisa. Além disso, os dois são estudados por diferentes campos da física dentro da suatermologia.
O calor e as suas ações sobre a matéria entram no raio de pesquisa da termologia. Enquanto isso, a temperatura e as diferentes formas de medição são estudadas pela termometria. Dessa forma, é preciso entender os diferentes conceitos de temperatura e calor.
Conceito de calor
A definição correta de calor dentro da Física é a transferência de energia térmica entre dois corpos de temperaturas diferentes. Essa transferência ocorre de maneira natural: do corpo mais quente para o mais frio.
É preciso entender que todos os corpos possuem calor, mesmo os que se encontram frios.
Isso ocorre porque toda matéria é composta por átomos que estão em movimento contínuo. Esse movimento é sentido em forma de calor, portanto, quanto maior a agitação dos átomos maior será o calor do objeto em questão.
Dessa forma, dois corpos com as temperaturas diferentes, dentro de um sistema, sempre procuraram encontrar um equilíbrio térmico. Para isso acontecer, o corpo de maior temperatura fornece energia térmica para o corpo de menor temperatura até que o equilíbrio seja instaurado.
Conceito de temperatura
Já quando se trata da grandeza que mede o grau de agitação dos átomos, ou agitação térmica, o correto a se utilizar é temperatura. Nesse caso, quanto maior for o agito, maior será a energia cinética do objeto e, por consequência, maior será a temperatura.
A temperatura pode ser medida por meio de um termômetro. Os mais comuns se utilizam do mercúrio como marcador. A partir do equilíbrio térmico com o objeto analisado, o mercúrio expande ou contrai mostrando a temperatura na escala utilizada.
Aliás, a escala é um fator determinante para a análise correta da temperatura. As escalas de temperatura mais utilizadas são: Celsius (°C), Kelvin (K) e Fahrenheit (ºF).
No Brasil é mais comum a utilização da escala Celsius. Em países de língua inglesa o Fahrenheit tem preferência. Enquanto que na ciência a escala Kelvin é a principal.
Veja na tabela abaixo a relação entre as escalas de temperaturas. Lembrando que elas usam como base o ponto de fusão e ebulição da água.
Dicas Enem
Para você que vai prestar o Enem, se ligue nos conceitos de temperatura e calor que estão situados na termologia, pois eles são cobrados com frequência na prova, como no exercício abaixo.
Veja:
[ENEM] Em nosso cotidiano, utilizamos as palavras “calor” e “temperatura” de forma diferente de como elas são usadas no meio científico.
Na linguagem corrente, calor é identificado como “algo quente” e temperatura mede a “quantidade de calor de um corpo”.
Esses significados, no entanto, não conseguem explicar diversas situações que podem ser verificadas na prática.
Do ponto de vista científico, que situação prática mostra a limitação dos conceitos corriqueiros de calor e temperatura?
A) A temperatura da água pode ficar constante durante o tempo que estiver fervendo.
B) Uma mãe coloca a mão na água da banheira do bebê para verificar a temperatura da água.
C) A chama de um fogão pode ser usada para aumentar a temperatura da água em uma panela.
D) A água quente que está em uma caneca é passada para outra caneca a fim de
diminuir sua temperatura;
(E) Um forno pode fornecer calor para uma vasilha de água em seu interior com menor temperatura do que a dele.
Resposta certa: Letra A. Durante o processo de ebulição a temperatura da água se mantém constante, pois a o calor recebido é utilizado para a mudança de estado.
Portanto por mais que sejam usados como termos iguais, calor e temperatura representam dimensões diferentes. Além disso, é preciso entender qual a função de cada um dentro da termologia geral.
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escalas. c) Escreva a relação entre a variação de tempera- tura nas duas escalas. d) Calcule a temperatura em grau B na qual a água entra em ebulição, considerando que isso ocor- ra a 100 °C. eXerCÍCIos proposTos TB (°B) TC (°C) 0 20 210 Se tu p B ur ea u/ ID /B R B ur A nd /S hu tt er st oc k. co m /ID /B R 16 SP_FIS2_PNLD18_LA_U1_C01_014A019.indd 16 5/14/16 5:14 PM Integre o aprendizado Não escreva no livro. 8. Cotidianamente, as palavras temperatura e calor são utilizadas como se representassem a mesma coisa. Na linguagem cientificamente correta, qual é a diferença entre ambas? 9. Descreva, sob o ponto de vista microscópico, a rela- ção entre energia cinética e temperatura. 10. A frase: “Temperatura é a energia cinética média das partículas de um corpo” é correta? Justifique. 11. A maioria dos termômetros de bulbo contém mercú- rio ou álcool. a) Explique por que essas duas substâncias são as mais usadas. b) Pesquise as principais razões por que não se uti- lizam termômetros de bulbo contendo água. 12. A máxima temperatura registrada na Terra foi de 58 °C, e a menor, de 289 °C; a temperatura média é de aproximadamente 15 °C. Considere uma escala que estabeleça o valor zero para a menor medida anotada e 100 para a máxima e determine a tempe- ratura média da Terra nessa escala. Calcule tam- bém, nessa escala, a temperatura do corpo de al- guém com febre de 40 °C. 13. A temperatura no interior da Terra aumenta aproxi- madamente 1 °C a cada 30 m de profundidade. Su- ponha que essa variação seja constante. a) Construa uma escala termométrica que relacione a temperatura do interior da Terra, medida na escala Celsius, com a profundidade, medida em metros. b) Da escala construída no item anterior, calcule a profundidade em que se pode encontrar ferro fundido, sabendo que a temperatura em que se pode encontrar ferro derretido é de 1 500 °C. c) Calcule a temperatura do centro da Terra, locali- zado a 6 400 km da superfície. d) Faça uma pesquisa sobre os valores das temperatu- ras encontradas no interior da Terra, conforme os itens b e c. Compare com os valores calculados. Se houver diferenças, pesquise as possíveis causas. 14. Justifique por que as escalas termométricas Celsius e Fahrenheit não são chamadas de absolutas. 15. A temperatura ambiente é influenciada, entre ou- tros fatores, pela pressão atmosférica: quanto me- nor a pressão atmosférica local, menores são os valores de temperatura medidos. A pressão atmos- férica diminui com a altitude. Por exemplo, um avião comercial voa a uma altitude de 11 000 m. Nessa altitude, a pressão atmosférica é um quarto da pressão ao nível do mar e a temperatura é da ordem de 234 °C. a) Estime a temperatura de uma cidade localizada no litoral e crie uma escala termométrica que relacio- ne a temperatura ambiente (em °C) com a altitude (em km), considerando que a variação de tempe- ratura seja constante em função da altitude. b) Construa uma tabela apresentando lugares famo- sos, localizados em diferentes altitudes, com as respectivas temperatura e pressão atmosférica locais. (Não se esqueça do monte Everest.) Estação russa meteorológica e de pesquisas científicas de Vostok, local onde foi registrada a menor temperatura ambiente no nosso planeta. Foto de 2013. Esquema do interior da Terra (fora de escala, cor artificial). O núcleo, localizado a 2 900 km da superfície, é sólido, constituído de ferro e níquel. 1. Retome as respostas que você deu na abertura deste capítulo. Que alterações você faria naquelas respostas? 2. Ainda em relação à abertura do capítulo, considere: a temperatura do corpo de Garfield, a temperatura do ambiente e a temperatura do café. Determine a maior e a menor temperatura. de volta para o começo C hr is tia n D ar ki n/ S P L/ La tin st oc k C or bi s/ Fo to ar en a 17 SP_FIS2_PNLD18_LA_U1_C01_014A019.indd 17 5/14/16 5:14 PM Física tem história 18 Não escreva no livro. ganhou força com Sadi Carnot (1796-1832), que fez a se- guinte analogia: a realização de trabalho de uma queda de água ao empurrar uma roda de água é semelhante à trans- ferência de calórico da fonte quente para a fonte fria. Julius Robert Mayer (1814-1878), trabalhando com gases, propôs o cálculo do equivalente mecânico do ca- lor, ou seja, quanto de trabalho devia ser realizado para produzir uma quantidade de calor que viria a aumentar a energia interna das partículas de um corpo e conse- quentemente elevar sua temperatura. Ele enunciou que a queda de um corpo de uma altura de 365 m provoca- ria um aumento de 1 °C numa determinada quantidade de água, estabelecendo assim uma relação entre energia potencial e variação de temperatura. O inglês James Prescott Joule (1818-1889), no século XIX, criou a teoria do princípio da conservação da energia mecânica – era o fim da teoria do calor como substância. Além disso, coube a ele a elaboração de um experimento para calcular o valor do equivalente mecânico do calor. O mecanismo (esquema acima) consistia em um reservatório de água dentro do qual foram introduzidas pás que gira- vam quando impulsionadas pela queda de dois corpos de massas conhecidas. A rotação das pás aumentava a agitação das moléculas de água, acarretando um aumento de tem- peratura. O famoso mecanismo permitiu concluir que uma caloria é a energia necessária para elevar a temperatura de 1 grama de água de 14,5 °C para 15,5 °C, sendo equivalen- te a um trabalho de 4,186 newton-metro (unidade que, após a morte do cientista, recebeu o nome de joule). As primeiras explicações sobre o calor surgiram da tentativa de compreender o fogo. Segundo a mitologia grega, o rei Prometeu roubou o fogo dos deuses do céu para entregá-lo à humanidade a fim de que pudesse se aquecer, cozinhar, forjar armas, etc. No século VI a.C., filósofos gregos definiam o fogo como um dos quatro elementos naturais que, em pro- porções diferentes, compunham todas as coisas. Os ou- tros elementos seriam terra, água e ar. No século XVII, o alemão Georg Ernst Stahl (1659- -1734) sugeriu uma substância que chamou de “flogísti- co”, à qual atribuiu o poder de combustão dos corpos, ou seja, materiais combustíveis possuíam bastante flogístico; à medida que queimavam, essa substância era consumida. A ideia do flogístico não era a única para descrever o calor. O filósofo Francis Bacon (1561-1626) pensou na hipótese de que o calor era composto de partículas em movimento. As ideias de Bacon e Stahl foram rejeitadas pelo cientista francês Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) no século XVIII, quando ele descobriu que a combustão é uma reação com o oxigênio presente no ar. Para Lavoisier, o calor gerado era devido a um fluido imponderável, ou seja, sem massa, que mais tarde foi denominado por ele como calórico, essa substância, segundo Lavoisier, seria transferida de um corpo para outro, mas a quantidade total de calórico se conserva- ria, ou seja, haveria uma lei da conservação do calórico. Até então, havia duas linhas de pensamento entre os cientistas: uma que considerava o calor como substância e outra que o associava ao movimento das partículas do corpo. A proposta da existência do calórico foi superada no sé- culo XIX, quando o filósofo Rumford (1753-1814), então ministro da guerra da Grã-Bretanha, ao inspecionar uma fábrica de canhões, observou que o atrito da broca com o metal esquentava-o mesmo quando resfriado continua- mente com água. O atrito entre a broca e o canhão sugeria que o calórico poderia ser criado sempre, de maneira ilimi- tada – e isso violava o princípio da conservação do calórico proposto por Lavoisier. O argumento, utilizado pelos de- fensores dessa teoria, de que todo o calórico já estava pre- sente antes do atrito era falho, pois parecia que a fonte de calor gerado por atrito nessas experiências era inesgotável. Após o surgimento das primeiras máquinas a vapor, que funcionavam pela transferência de calor de