Conceitos Fundamentais de Temperatura e Calor

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TERMOLOGIA
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CONCEITOS FUNDAMENTAIS
	Temperatura: Medida da agitação molecular.
Calor: Energia térmica em trânsito.
Equilíbrio térmico: temperaturas iguais.
Obs: O calor sempre flui espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura.
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TEMPERATURA
	O que é temperatura? Quando tocamos um corpo qualquer, podemos dizer se ele está "frio", "quente" ou "morno". O tato nos permite ter essa percepção. Mas em que um corpo "frio" difere de um corpo "quente" ou "morno"? 		
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		As moléculas dos corpos estão em constante movimento, em constante vibração. A energia de movimento que elas possuem é chamada energia térmica. 	Se pudéssemos enxergar as moléculas de um corpo, iríamos verificar que naquele que está "frio" elas vibram menos do que naquele que está "quente". 	Podemos afirmar que: 
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Temperatura: é a grandeza física que mede o estado de agitação térmica dos corpos.
 
 
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Termômetros
		As substâncias em geral dilatam-se (aumentam de volume) quando sofrem aumento de temperatura. Assim, uma barra de ferro, por exemplo, aumenta de comprimento quando colocada no fogo. 
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		Escala celsius 
		 No século XVII, o físico e astrônomo sueco Anders Celsius sugeriu que a temperatura de fusão do gelo, ao nível do mar, recebesse o valor arbitrário de 0 grau (hoje 0o C), e que a temperatura de ebulição da água, também ao nível do mar, fosse fixada em 100 graus (100o C, valor igualmente arbitrário). 
ESCALA CELSIUS
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		Escolhidos os pontos de fusão e ebulição da água, pode-se agora construir um termômetro calibrado na escala Celsius. Para isso é necessário um tubo fino (tubo capilar) de vidro, com um reservatório para o mercúrio. 
		Coloca-se o conjunto num recipiente com gelo em fusão (que, portanto, está à temperatura de 0o C), e, após alguns minutos, quando o mercúrio parar de descer, por entrar em equilíbrio térmico com a mistura água-gelo, faz-se uma marca para 0o C. 
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		 Em seguida, coloca-se o tubo em água fervente (que na escala Celsius está a 100 graus) e faz-se uma marca para 100o C. A seguir divide-se o espaço entre as duas marcas em 100 partes e fecha-se o tubo. O termômetro está pronto para ser usado.
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		Escala Fahrenheit 
		Na escala Fahrenheit, ainda em uso nos países de língua inglesa, ao 0 e ao 100 da escala Celsius correspondem respectivamente os números 32 e 212. Assim, entre a temperatura de fusão do gelo e da ebulição da água, estão compreendidos 180º F.
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		Escala Kelvin 
		Sabe-se que não há, teoricamente, um limite superior para a temperatura que um corpo pode alcançar. Observa-se, entretanto, que existe um limite inferior. Os cientistas verificaram que é impossível reduzir a temperatura de qualquer substância a um valor inferior a -273º C (o zero absoluto). 
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		O físico inglês lorde Kelvin propôs uma escala termométrica, que leva o seu nome. Tal escala tem origem no zero absoluto, usando como unidade de variação o grau Celsius. Na escala Kelvin, a temperatura de fusão do gelo corresponde a 273 K e a de ebulição da água, a 373 K. 
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Escalas Termométricas
Escala Celsius
Pressão de 1 atm
Ponto de ebulição da água
Ponto de fusão do gelo
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Escalas Termométricas
Escala Fahrenheit
Pressão de 1 atm
Ponto de ebulição da água
Ponto de fusão do gelo
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Equações de Conversão:
Escalas Termométricas
Escala Fahrenheit
Pressão de 1 atm
Ponto de ebulição da água
Ponto de fusão do gelo
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CALORIMETRIA 
		Quando colocamos dois corpos com temperaturas diferentes em contato, podemos observar que a temperatura do corpo "mais quente" diminui, e a do corpo "mais frio" aumenta, até o momento em que ambos os corpos apresentem temperatura igual. 
		Esta reação é causada pela passagem de energia térmica do corpo "mais quente" para o corpo "mais frio", a transferência de energia é o que chamamos calor. 
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		Calor: é a transferência de energia térmica entre corpos com temperaturas diferentes. 
		A unidade mais utilizada para o calor é caloria (cal), embora sua unidade no SI seja o joule (J). Uma caloria equivale a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de um grama de água pura, sob pressão normal, de 14,5°C para 15,5°C. 
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		A relação entre a caloria e o joule é dada por: 
 1 cal = 4,186J 
		
		Partindo daí, podem-se fazer conversões entre as unidades usando regra de três simples.
		Como 1 caloria é uma unidade pequena, utilizamos muito o seu múltiplo, a quilocaloria.
			1 kcal = 10³cal 
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		Calor sensível
		É denominado calor sensível, a quantidade de calor que tem como efeito apenas a alteração da temperatura de um corpo.
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		Este fenômeno é regido pela lei física conhecida como Equação Fundamental da Calorimetria, que diz que a quantidade de calor sensível (Q) é igual ao produto de sua massa, da variação da temperatura e de uma constante de proporcionalidade dependente da natureza de cada corpo denominada calor específico. 
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Calor específico
	É a quantidade de calor necessária para variar 1ºC a temperatura de 1g de substância.
 Obs:
	 - O calor específico depende da natureza 	da substância.
 O calor específico muda com a variação da temperatura.
 Toda substância tem em cada estado físico, um valor diferente para o calor específico.
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É interessante conhecer alguns valores de calores específicos: 
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Calorimetria
	A troca de calor entre dois corpos cessa quando for atingido o equilíbrio térmico.
Obs: O calor sempre flui espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura.
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Calor Sensível
	É o calor que provoca variação de temperatura sem haver mudança de estado físico.
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Calor Latente
	É o calor que provoca mudança de estado físico sem variar a temperatura.
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		Por exemplo, para a água: 
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Capacidade Térmica
	È a razão entre o calor trocado por ele e sua respectiva variação temperatura.
Obs: A capacidade térmica depende da massa, da natureza da substância, temperatura e pressão.
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Calor específico
	É a quantidade de calor necessária para variar 1ºC a temperatura de 1g de substância.
 Obs:
	 - O calor específico depende da natureza 	da substância.
 O calor específico muda com a variação da temperatura.
 Toda substância tem em cada estado físico, um valor diferente para o calor específico.
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Trocas de calor 
		Para que o estudo de trocas de calor seja realizado com maior precisão, este é realizado dentro de um aparelho chamado calorímetro, que consiste em um recipiente fechado incapaz de trocar calor com o ambiente e com seu interior. 	
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		Dentro de um calorímetro, os corpos colocados trocam calor até atingir o equilíbrio térmico. Como os corpos não trocam calor com o calorímetro e nem com o meio em que se encontram, toda a energia térmica passa de um corpo ao outro.
		Como, ao absorver calor Q>0 e ao transmitir calor Q<0, a soma de todas as energias térmicas é nula, ou seja:
			
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Trocas de calor
Qcedido + Qrecebido = 0
Qcedido = - Qrecebido 
- Dois corpos:
- Mais de dois corpos:
Q1+Q2+Q3+ ... +Qn = 0
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Mudança de estado físico
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		Curva de aquecimento
		
		Ao estudarmos os valores de calor latente, observamos que estes não dependem da variação de temperatura. Assim podemos elaborar um gráfico de temperatura em função da quantidade de calor absorvida.
		 Chamamos este gráfico de Curva de Aquecimento:
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Curvas de estado
Substâncias que aumentam de volume na fusão.(maioria das substâncias) 
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Curvas de estado
Substâncias que diminuem de volume na fusão.(exceção) 
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Propagação de calor
- Condução; 
- Convecção;
- Irradiação.
A propagação de calor acontece de três maneiras diferentes: 
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Fluxo de Calor 
		Para que um corpo seja aquecido, normalmente,usa-se uma fonte térmica de potência constante, ou seja, uma fonte capaz de fornecer uma quantidade de calor por unidade de tempo. 
		Definimos fluxo de calor (Φ) que a fonte fornece de maneira constante como o quociente entre a quantidade de calor (Q) e o intervalo de tempo de exposição (Δt): 
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		Sendo a unidade adotada para fluxo de calor, no sistema internacional, o Watt (W), que corresponde a Joule por segundo, embora também sejam muito usada a unidade caloria/segundo (cal/s) e seus múltiplos: caloria/minuto (cal/min) e quilocaloria/segundo (kcal/s). 
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Propagação de calor
O calor passa de molécula a molécula; É próprio para os sólidos; Não ocorre no vácuo.
- Condução:
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Condução Térmica 
		É a situação em que o calor se propaga através de um "condutor". Ou seja, apesar de não estar em contato direto com a fonte de calor um corpo pode ser modificar sua energia térmica se houver condução de calor por outro corpo, ou por outra parte do mesmo corpo. 
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		Por exemplo, enquanto cozinha-se algo, se deixarmos uma colher encostada na panela, que está sobre o fogo, depois de um tempo ela esquentará também. 
		Este fenômeno acontece, pois, ao aquecermos a panela, suas moléculas começam a agitar-se mais, como a panela está em contato com a colher, as moléculas em agitação maior provocam uma agitação nas moléculas da colher, causando aumento de sua energia térmica, logo, o aquecimento dela.
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Propagação de calor
Ocorre nos fluídos com o deslocamento de partículas. Não ocorre no vácuo.
- Convecção:
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Convecção Térmica 
		
		A convecção consiste no movimento dos fluidos, e é o princípio fundamental da compreensão do vento, por exemplo. 
		O ar que está nas planícies é aquecido pelo sol e pelo solo, assim ficando mais leve e subindo. 
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		Então as massas de ar que estão nas montanhas, e que está mais frio que o das planícies, toma o lugar vago pelo ar aquecido, e a massa aquecida se desloca até os lugares mais altos, onde resfriam. Estes movimentos causam, entre outros fenômenos naturais, o vento.
		Formalmente, convecção é o fenômeno no qual o calor se propaga por meio do movimento de massas fluidas de densidades diferentes.
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Propagação de calor
Quando o calor é transmitido por ondas eletromagnéticas. Única que ocorre no vácuo.
- Irradiação:
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Irradiação Térmica 
		É a propagação de energia térmica que não necessita de um meio material para acontecer, pois o calor se propaga através de ondas eletromagnéticas. 
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		Imagine um forno microondas. 
		Este aparelho aquece os alimentos sem haver contato com eles, e ao contrário do forno à gás, não é necessário que ele aqueça o ar. 
		Enquanto o alimento é aquecido há uma emissão de microondas que fazem sua energia térmica aumentar, aumentando a temperatura. 
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