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Física Térmica Matéria, Temperatura e calor O tato é suficiente para se determinar a temperatura dos objetos? No nosso dia-a-dia, utilizamos o tato para sentir o grau de aquecimento dos objetos. Consideramos um objeto quente quando sentimos que ele possui uma temperatura maior do que a de nosso corpo. Para essa comparação,usamos o tato. Quando provamos nossa comida,por exemplo, percebemos se está quente ou fria pelo contato com nossos lábios. Nos nossos dias quentes de verão, é muito agradável chegar em casa, tirar os tênis e as meias e andar descalço.

O contato do pé com o chão pr tapete, por exempl es 1 or16 a parede e o metald el? to view next*ge objetos estão de fato Se você colocar uma tritas: o carpete e lajota de cerâmica, as sera que esses rentes? e com água quente e outra com água fria e, depois, puser as duas num terceiro recipiente contendo água morna, o que vai sentir em cada uma das mãos? Com o tato, você será capaz de medir a temperatura real da água? Essa experiência mostra que o tato não é um bom recurso para determinar a temperatura dos objetos, pois cada mão teve uma sensação diferente de água morna.

Se usássemos d01S ermômetros no lugar das mãos, entretanto, a indicação da temperatura da água morna seria a mesma, não importando se foram colocados anteriormente na água quente ou na fria. Duas concepções de calor: O calor como substância e o calor como t transferência de energia Teoria do calor como substância No século WII, o calor era considerado uma espécie de substâncla invisível ou um tipo de fluido, como a luz, a eletricidade e o flogístico (fluido que se imaginava ser o responsável pela combustão). Quanto maior a quantidade desse fluido “calor”, em um objeto, maior seria sua temperatura.

Num mbiente isolado, o objeto poderia guardar essa substância “calor’, mantendo sua temperatura constante. Em contato, dois objetos a temperaturas diferentes trocariam o fluido “calo”‘, que iria do corpo mais quente para o mais frio, até que suas temperaturas fossem iguais, ou seja, até que fosse atingido o equillbrio térmico entre eles. Quando tal estado era alcançado, imaginava-se que a passagem dessa substância cessava. Essa teoria considerava que o “calor era atraído pela matéria e sua quantidade total era constante: ele não podia ser criado nem destruído.

Embora a teoria do calor como uma substância explicasse atisfatoriamente o processo de equilíbrio térmico, não justificava outros fenômenos, porque era preciso admitir que essa substância não tinha massa, pois, mesmo muito aquecido, um objeto tinha a mesma massa de outro a uma temperatura menor. Logo, a substância “calor”, também denominada calórico, apresentava características muito especiais: penetrava facilmente na matéria era atraída por ela, não podia ser criada nem destruída então possuía massa.

Com as teorias da Física, busca-se explicar satisfatoriamente a maior quantidade possível de fenômenos. Como a teoria do calórico explicaria o aquecimento pr atisfatoriamente a maior quantidade possível de fenômenos. Como a teoria do calórico explicaria o aquecimento provocado pelo atrito entre dois objetos? Quando esfregamos as mãos gradativamente elas se aquecem. O mesmo fato se verifica quando furamos um metal com uma broca. Esse tipo de aquecimento está relacionado ao atrito entre dois objetos.

No século XVIII, Benjamim Thompson, que trabalhava numa fábrica de canhões, percebeu que, ao fazer um furo no cano de um canhão de metal, produzia-se um grande aquecimento, o que significava que a quantidade de calórico estava aumentando. A hipótese de que todo aquele calor já estivesse na peça levaria à conclusão de que o canhão deveria derreter antes mesmo de ser furado,o que era um absurdo. Foi o próprio Thompson que elaborou o conceito de calor com o movimento das partículas que constituíam os materiais.

Apesar disso, a teoria do calor como substância foi aceita pelos cientistas durante todo o século XVIII e, cotidianamente, muitas vezes consideramos que o calor como uma substância. Teoria cinetico-molecular da matéria Elaborada principalmente durante o século XIX pelo físico britânico-americano Benjamim Thompson(conde de Rumford, 753-1814), pelo matemático e físico escocês James Clerk Maxwell (1831-1879), a teoria cinético-molecular procurava explicar inicialmente a constituição da matéria no estado gasoso e como ela está organizada.

Posteriormente, devido a seu sucesso, ela possibilitou compreender a organização da matéria em outros estados: o líquido e o sólido. A matéria no estado gasoso é fo outros estados: o líquido e o sólido. A matéria no estado gasoso é formada de minúsculas partículas, denominada moléculas, com tamanho de ordem de 10-8 cm. No estado gasoso, as moléculas estão em movmento aleatório u desordenado. A palavra “cinético”- ou”cinética – tem origem grega e significa movimento. É uma primeira pista para entendermos essa teoria.

Os físicos que a elaboraram consideravam duas hipóteses: Ou seja, havia no estado gasoso um enorme conjunto de moléculas se movimentando ao acaso. Ainda segundo essa teoria, por causa do tamanho, as moléculas do gás estariam completamente separadas umas das outras, não havendo interação entre elas, a não ser nos curtíssimos instantes que elas colidem entre si, alterando sua trajetória. De acordo com essas hipóteses, era poss[vel descrever o omportamento dos gases e compreender algumas de suas propriedades.

Por exemplo, os gases não apresentavam forma ou volume definidos porque as moléculas, no estado gasoso, não estaria ligadas umas às outras; eles apresentavam baixa densidade e fácil compreensão por causa da grande distância que haveria entre suas moléculas. A teoria cinético-molecular permite também distinguir os conceitos de temperatura e calor, como veremos a seguir. Conceito físico de Temperatura De que depende a velocidade das moléculas em um gás? A hipótese de que as moléculas de um gás estejam em onstante movimento aleatório permite algumas considerações sobre suas velocidades.

Esse movimento depende exclusivamente da temperatura do gás e, por esse motivo, é denomin 16 Esse movimento depende exclusivamente da temperatura do gás e, por esse motivo, é denominada movimento térmico desordenado. À temperatura ambiente, por exemplo, a velocidade média das moléculas de um gás é da ordem de 500m/ Quando a temperatura de um gás aumenta, em média a velocidade de suas moléculas também aumenta. A temperatura, a velocidade e a energia cinética média das moléculas são conceitos intimamente ligados.

A temperatura de um gás é uma medida relacionada com a intensidade da agitação (movimento desordenado)das moléculas que o constituem. Moléculas muito agitadas temperatura alta. Moléculas pouco agitadas— temperatura baixa. Willian Thomson(ou lorde Kelvin), matemático e físico escocês (1824-1907), considerou que a energia de movimento das moléculas dos gases atingiria um valor minimo de temperatura, ao qual ele chamou zero absoluto, e propôs uma escala de temperatura com início exatamente ao zero absoluto.

Esta escala passou a ser denominada da escala absoluta ou escala Kelvin. Os conceitos de energia interna e de equilíbrio térmico Temperatura, energia interna e equilíbrio térmico São conceitos que fazem parte da teoria cinético-molecular da matéria e só podem ser compreendidos se considerarmos a idéia de que a matéria é constituída de moléculas em movimento. Para uma determinada substância, o grau de agitação(energia cinética média) de suas moléculas está associado à sua temperatura, e o somatório das energias dessas moléculas corresponde à sua energia interna.

O equilíbrio térmico entre duas substâncias ocorre moléculas corresponde a sua energia interna. O equilíbrio térmico entre duas substâncias ocorre quando a energia cinética média de suas moléculas é a mesma, ou seja, quando possuem a mesma temperatura. No estado gasoso, a energia cinética média das moléculas depende apenas da temperatura do gás. Podemos calcular esta energia cinética média pela expressão: ec- 32 k. T. T é a temperatura em Kelvin, EC é a energia cinética média em Joules e Ké uma constante cujo valor, no SI, é 1,38 X 10-23J/K.

Conceito Físico de calor por que a energia interna de um gás aumenta quando ele é aquecido? Quando um gás recebe energia,a velocidade média de suas oléculas aumenta. Consequentemente, a energia cinética total das moléculas do gás aumenta, ou seja, sua energia interna sofre um acréscimo. O efeito perceptível é o aumento da temperatura do gás, uma vez que ela representa uma forma indireta de medir sua energia cinética média. Essa mudança de temperatura ocorre porque o gás recebe energia de uma fonte que está a uma temperatura maior que a dele.

Quando duas amostras de gás a temperaturas diferentes são colocadas em contato, o equilíbrio térmico é atingido após troca de energia entre elas. Assim, sempre que existir uma diferença e temperatura entre dois sistemas ou objetos, uma certa quantidade de energia é transferida do objeto mais quente para o mais frio. Calor é a transferência de energia de um objeto ou sistema para outro, devido, excluslvamente, à diferença de temperatura entre eles. Note que existem duas maneiras de transferir energia de um s temperatura entre eles.

Note que existem duas maneiras de transferir energia de um sistema para outro: por intermédio do trabalho realizado por uma força, como já vimos em mecânica, e pelo calor. Nesse caso, só haverá transferência de energia quando houver diferença de emperatura entre os sistemas. Vamos analisar, com base nos conceitos de trabalho e calor, o que acontece quando uma pessoa esfrega uma mão na outra. O trabalho realizado pela força muscular transfere energia para as mãos.

Uma parte dessa energia transforma-se em energia cinética das mãos, que se movem; a outra parte é transferida para suas moléculas aumentando sua energia cinética média e, conseqüentemente, sua temperatura. Quando a pessoa deixa de esfregar as mãos elas esfriam. O ambiente está a uma temperatura menor que a das mãos e, assim, há transferência de energia das mãos para ele. O resultado é uma diminuição da energia cinética média das moléculas das mãos e, portanto, de sua temperatura. Você já deve ter percebido que para a Física, a palavra calor tem um significado dlferente daquele empregado no dia-a-dia. ? comum uma pessoa dizer que está com calor. Fisicamente, entretanto, o calor não está nas pessoas, objetos ou sistemas. Ele representa um modo de transferir energia de um sistema para outro, por causa da diferença de temperatura entre eles. A energia total que as moléculas de um objeto possuem é considerada sua energia interna, e não seu calor. A frase “Estou om calor não tem sentido para a F(sica. Calor e temperatura são a mesma coisa? Estes conceitos estão não tem sentido para a Física. Estes conceitos estão intimamente ligados, mas são diferentes.

Temperatura é uma medida do grau de agitação (energia cinética média) das moléculas de um sistema. Calor é uma forma de transferir energia de um objeto ou sistema para outro decorrente, exclusivamente, da diferença de temperatura entre Processos de variação de temperatura O processo de aquecimento de uma colher é o mesmo que o de um pouco de água? Vimos que calor é a transferência de energia de um sistema para utro, quando existe diferença de temperaturas entre eles. Esta transferência pode ocorrer de três formas?

Por convecção, por condução e por irradiação. Convecção por que o congelador fica na parte de cma da geladeira? Quando esquentamos água numa chaleira, a parte da água que está no fundo, aquecida pelo contato com o metal quente, aumenta de volume, torna-se menos densa e sobe. Ao mesmo tempo, seu lugar vai sendo ocupado pelas camadas mais densas, ou seja, mais frias que estavam acima dela. Assim, formam- se correntes de circulação no interior do líquido, denominadas correntes de convecção. Como resultado toda a chaleira da água é aquecida.

O movimento causado pelas correntes de convecção não deve ser confundido com a turbulência que ocorre durante a ebulição do líquido. O movimento do ar na atmosfera, o vento, é resultado das correntes de convecção. Como as temperaturas variam muito durante o dia, os ventos são diferentes, mas várias regiões do planeta. O vento constant próximas a PAGF os ventos são diferentes, mas várias regiões do planeta. O vento constante das regiões próximas ao equador, por exemplo, ocorre por que o Sol aquece mais a superfície da Terra nessas regiões, azendo com que o ar fique menos denso e suba.

O ar frio dos pólos, mais denso, move-se próximo à superfície terrestre para ocupar o lugar do ar que subiu. Quando colocamos um aquecedor numa sala, o ar aquecido sobe e provoca a formação de correntes de convecção. Os condicionadores de ar, por sua vez, devem ser instalados na parte superior das paredes, porque lançam frio pela parte de cima. Esse ar, mais denso, desce, enquanto o ar mais quente desloca-se para cima, formando as correntes de convecção, que refrigeram o ambiente.

O mesmo processo resfria o interior da geladeira. O congelador é colocado na parte de cima e as prateleiras são vazadas para facilitar o deslocamento das correntes de convecção. A transferência de energia por convecção é uma característica de materiais fluidos(líquidos e gases). Com a teoria cinético- molecular, até agora utilizada pelos gases, é possível interpretar o processo de convecção da seguinte forma: quando um gás é aquecido, há um aumento da energia cinética média de suas moléculas.

Este aumento na agltaç¿o molecular faz com que o gás se expanda, ocupando maior volume e, conseqüentemente, reduzindo sua densidade. Note que a convecção se dá por meio da movimentação de parte das moléculas de um gás: as correntes de convecção. Lembre-se de que as moléculas de um gás estão sempre em movimento aleatório e que as correntes de convecção caracteri moléculas de um gás estão sempre em movimento aleatório e que as correntes de convecção caracterizam um movimento ordenado que se soma a este movimento aleatório.

Nos liquldos também acontece um processo semelhante, só que há uma interação entre as moléculas, que estão muito mais próximas umas das outras do que nos gases. Essa interação é de atureza elétrica e mantém as moléculas ligadas umas as outras. Desse modo, a energia interna dos líquidos não é apenas cinética, como nos gases, há também um tipo de energia-denominada energia potencial-associado a essa interação entre as moléculas.

A ligação entre as moléculas justifica o fato de um líquido ter volume definido e dificilmente pode ser comprimido. Apesar de ligadas umas às outras, as moléculas num liquldo podem trocar de posição e, por isso, ele pode fluir, assumir a forma do recipiente que o contem e produzir correntes de convecção em seu interior. Ou seja, nos líquidos, a transferência e energia também ocorre por convecção, por intermédio de movimentação de suas moléculas.

Nos líquidos, o volume é definido porque suas moléculas se atraem eletricamente. Eles quase não podem ser comprimidos porque as moléculas se repelem eletricamente. Condução Porque os cabos de panelas são de madeira ou de plástico? Quando colocamos uma panela no fogo, a parte que está diretamente em contato com a chama esquenta rapidamente. As outras partes da panela, mesmo distantes da chama, aquecem-se por um processo denominado condução. Mas o cabo da panela, geralmente de madeira ou de plástico, esquenta bem menos. por