Temperatura e calor s�o dois conceitos bastante diferentes e que muitas pessoas acreditam se tratar da mesma coisa. No entanto, o entendimento desses dois conceitos se faz necess�rio para o estudo da termologia. Tamb�m chamada de termof�sica, a termologia � um ramo da f�sica que estuda as rela��es de troca de calor e manifesta��es de qualquer tipo de energia que � capaz de produzir aquecimento, resfriamento ou mudan�as de estado f�sico dos corpos, quando esses ganham ou cedem calor.
Os �tomos e mol�culas que constituem a mat�ria nunca est�o completamente im�veis. Mesmo que se esteja observando um material relativamente est�tico, parado. Ao contr�rio, essas part�culas est�o sempre animadas de um movimento vibrat�rio, cuja amplitude depende do estado f�sico da mat�ria.
Esse movimento vibrat�rio constitui uma forma de energia cin�tica, denominada energia t�rmica. Quanto maior � a agita��o das part�culas de um corpo, maior � a energia t�rmica desse corpo.
A manifesta��o da energia t�rmica de um corpo pode ser percebida pelos �rg�os sensoriais de nossa pele e nos d� a sensa��o de frio ou calor. Essa manifesta��o � popularmente chamada temperatura e, em f�sica, recebe o nome de estado t�rmico do corpo. Quanto maior � o grau de agita��o das part�culas de um corpo, maior � sua temperatura, ou seja, mais elevado � o seu estado t�rmico.
A energia t�rmica pode transferir-se de um corpo para outro, mas sempre se transfere do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura. Para que a transfer�ncia ocorra, � preciso que exista entre os dois corpos uma diferen�a de temperatura. A energia transferida � chamada calor. Assim, a temperatura de um corpo, sua energia t�rmica e a agita��o de suas part�culas alteram-se quando esse corpo recebe ou cede calor. A transfer�ncia de calor somente termina quando os dois corpos em contato atingem a mesma temperatura, um estado denominado equil�brio t�rmico.
Ent�o:
Temperatura � a grandeza f�sica associada ao estado de movimento ou a energia cin�tica das part�culas que comp�em os corpos. A chama de uma vela pode estar numa temperatura mais alta que a �gua do lago, mas o lago tem mais energia t�rmica para ceder ao ambiente na forma de calor. No cotidiano � muito comum as pessoas medirem o grau de agita��o dessas part�culas atrav�s da sensa��o de quente ou frio que se sente ao tocar outro corpo. No entanto n�o podemos confiar na sensa��o t�rmica. Para isso existem os term�metros, que s�o graduados para medir a temperatura dos corpos.
Calor � definido como sendo energia t�rmica em tr�nsito e que flui de um corpo para outro em raz�o da diferen�a de temperatura existente entre eles, sempre do corpo mais quente para o corpo mais frio. No ver�o, um lago pode armazenar energia t�rmica durante o dia e transferi-la ao ambiente � noite na forma de calor.
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O equilíbrio térmico, também chamado de equilíbrio termodinâmico, é quando dois corpos ou substâncias atingem a mesma temperatura.
Este conceito da termodinâmica está relacionado com a transferência de calor espontânea (energia térmica) que ocorre entre dois corpos em contato.
Nesse processo, o corpo mais quente transfere calor para o corpo mais frio até que ambos tenham a mesma temperatura.
Esquema da transferência de calor
A troca de energia entre dois corpos (energia calorífica) resulta na perda de energia térmica do corpo mais quente e no ganho de energia do corpo mais frio.
Exemplo
Como exemplo, podemos citar a mistura de café quente com leite frio. Ainda que tenham temperaturas iniciais distintas, em pouco tempo o corpo mais quente (café) transfere energia térmica para o mais frio (leite). Assim, a mistura fica morna, resultado do equilíbrio térmico.
Supondo que a café estava a 50 °C e o leite a 20 °C, o equilíbrio térmico é atingido quando ambos estão com 35 °C.
Propagação de Calor
Importante salientar que calor é a troca de energia e sua transferência pode ocorrer de três maneiras:
- Condução térmica: aumento da energia cinética;
- Convecção térmica: criação de correntes de convecção;
- Irradiação térmica: por meio de ondas eletromagnéticas.
Tipos de Propagação de Calor
Leia mais: Propagação de Calor.
Fórmula
Para calcular o equilíbrio térmico, utiliza-se a seguinte fórmula:
Q1 + Q2 + Q3... = 0 ou ΣQ=0
Sendo,
Q: quantidade de calor (temperatura dos corpos)
Assim, sabemos que a soma de todas as energias térmicas é nula.
O calor sensível está relacionado com a variação de temperatura dos corpos. Ele é calculado pela seguinte fórmula:
Q = m . c . Δθ
Onde,
Q: quantidade de calor sensível (cal ou J)
m: massa do corpo (g ou Kg)
c: calor específico da substância (cal/g°C ou J/Kg.°C)
Δθ: variação de temperatura (°C ou K)
Leia também sobre Calorimetria e Calor e Temperatura.
Exercícios de Vestibular com Gabarito
1. (Mackenzie) Quando misturamos 1,0 kg de água (calor específico sensível = 1,0 cal/g°C) a 70°C com 2,0 kg de água a 10°C, obtemos 3,0 kg de água a:
a) 10°C
b) 20°C
c) 30°C
d) 40°C
e) 50°C
Ver Resposta
Alternativa c) 30°C
2. (UFP-RS) Considere as afirmações a seguir:
I. Quando dois corpos estão em equilíbrio térmico, ambos possuem a mesma quantidade de calor.
II. Quando dois corpos estão em equilíbrio térmico, ambos possuem a mesma temperatura.
III. Calor é transferência de temperatura de um corpo para outro.
IV. Calor é uma forma de energia em trânsito.
Das afirmações acima, pode-se dizer que:
a) I, II, III e IV são corretas
b) I, II, III são
corretas
c) I, II e IV são corretas
d) II e IV são corretas
e) II e III são corretas
Ver Resposta
Alternativa d) II e IV são corretas
3. (FATEC-SP) Um sistema A está em equilíbrio térmico com outro B e este não está em equilíbrio térmico um outro C. Então, podemos dizer que:
a) os sistemas A e C 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.
e) nenhuma das anteriores.
Ver Resposta
Alternativa c) os sistemas A e B possuem a mesma temperatura.
4. (UFV-MG) Quando dois corpos de materiais diferentes estão em equilíbrio térmico, isolados do meio ambiente, pode-se afirmar que:
a) o mais quente é o que possui menor massa.
b) apesar do contato, suas temperaturas não variam.
c) o mais quente fornece calor ao mais frio.
d) o mais frio fornece calor ao mais quente
e) suas temperaturas dependem de suas densidades.
Ver Resposta
Alternativa b) apesar do contato, suas temperaturas não variam.
5. (UFScar-SP) Dois corpos A e B, de massas mA e mB, estão inicialmente às temperaturas tA e tB, respectivamente, com tA ≠ tB. Num dado instante, eles são postos em contato térmico. Após atingir o equilíbrio térmico, teremos:
a) t’a > t’b
b) t’a < t’b
c) t’a = t’b
d) n.d.a.
Ver Resposta
Alternativa c) t’a = t’b
Veja também a definição de Equilíbrio na Física.
Bacharel em Meteorologia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) em 1992, Licenciada em Matemática pela Universidade Federal Fluminense (UFF) em 2006 e Pós-Graduada em Ensino de Física pela Universidade Cruzeiro do Sul em 2011.