Calor e Temperatura

Imaginemos três corpos em um ambiente termicamente isolado:

Após determinado período de tempo, os três corpos vão estar em equilíbrio térmico, ou seja, atingirão a mesma temperatura. Assim de um modo geral:

Lei zero da termodinâmica:

Se um corpo A está em equilíbrio térmico com um corpo B, e este está em equilíbrio térmico com um corpo C, então A está em equilíbrio térmico com C.

No equilíbrio térmico os corpos atingem a mesma temperatura. Assim, o corpo que está frio, esquenta, e o que está quente, esfria. Assim um corpo de temperatura maior, está mais quente. A temperatura de um corpo está relacionada com o nível de agitação de suas moléculas. Quanto maior a agitação, maior será a temperatura.

A sensação térmica de quente e frio está presente no nosso dia a dia, mas não podemos medi-la com precisão somente através do nosso tato. Assim nós iremos medir a temperatura dos corpos de maneira indireta, ou seja, através de comparação. Essa é a função do termômetro.

Existem vários tipos de termômetros. O mais comum é o clínico, que podemos comprar na farmácia. Ele possui uma escala graduada, na qual podemos ler a temperatura, de acordo com o nível do líquido dentro do tubo, geralmente o mercúrio.

Existem três escalas mais conhecidas. A Escala Celsius, Kelvin e Fahrenheit.Um termômetro calibrado na escala Celsius, por exemplo, em contato com o gelo fundido, à

pressão 1 atm, atinge um determinado nível na coluna do mercúrio, que foi fixado como 0 °C. Depois foi posto com vapor de água (água em ebulição), e o nível atingido, foi fixado como 100°C. De forma que temos as seguintes relações:

Na escala Fahrenheit, o ponto de fusão do gelo é 32 °F e o ponto de ebulição da água é 212 °F, sob pressão de 1 atm.

Na escala Kelvin, o valor 0 K corresponde ao valor em que não haveria nenhuma agitação térmica na partícula. Esse valor em graus Celsius corresponde a -273 °C.

Assim na escala Kelvin, o ponto de fusão do gelo é 273 K e o ponto de ebulição da água é 373 K, sob pressão de 1 atm.

Conversão: Se temos uma temperatura TC na escala Celsius, TF na escala Fahrenheit, e TK na escala Kelvin, podemos relacioná-las nas duas equações abaixo:

T C=59(T F−32)

Escala arbitrária:

Assim como Celsius, Fahrenheit e Lord Kelvin, podemos definir uma escala arbitrária, usando dois pontos de referência quaisquer e, sabendo qual é o valor deles numa outra escala, estabelecer uma equação que relacione as duas escalas.

Ex1. Converta as temperaturas 94 °F e 104 °F, para o valor corresponde na escala Celsius.

Ex2. Determine a temperatura, em graus Fahrenheit, do valor equivalente a 37 ºC.

T C=T K−273

T C=59(T F−32)=5

9(94−32)=5

9⋅62=340 C

T C=59(T F−32)

37=59(T F−32) ; multiplicando−se emcruz :

5⋅(T F −32)=333

5⋅T F−160=333

5⋅T F=333+160

T F=4935

T F =98,6o F

Ex3. Suponha que num livro de física muito antigo, você encontre a referência a uma escala termométrica G, cujos pontos fixos adotados sejam –20 ºG para a fusão do gelo e 130 ºG para a água em ebulição. Determine:

a) a relação entre a escala Celsius e a escala G;b) a temperatura, em graus Celsius, que corresponde a 70 ºG.

ºC ºG

100 130

TC TG

0 –20

Resposta: A relação entre as duas escalas é obtida aplicando-se o Teorema de Tales:

T C−0100−0

=T G−(−20)130−(−20)

T C

100=

T G+20130+20

T C

100=

T G+20150

;

T C=100150⋅(T G+20)

T C=23⋅(T G+20)

b) Agora substituimos na relação acima o valor de TG por 70;

T C=23⋅(T G+20)

T C=23⋅(70+20)

T C=23⋅(90)

T C=60oC