3 1 TERMOMETRIA - CONTEÚDO QUESTÕES ORIENTADAS

Prévia do material em texto

3.1 TERMOMETRIA3.1 TERMOMETRIA
TERMOLOGIA
3.1 Termometria .....................................................................................................................................309
3.2 Dilatação .........................................................................................................................................331
3.3 Calorimetria e Mudança de Fase ............................................................................................353
3.4 Transmissão de Calor ..................................................................................................................382
3.5 Gases ................................................................................................................................................408
3.6 Termodinâmica ..............................................................................................................................429
311
FÍSICA
Quando tocamos nos objetos, podemos através 
do tato identifi car de forma primitiva as sensações 
de quente e de frio. Ao abrirmos a geladeira, por 
exemplo, temos a sensação de frio e, ao abrirmos o 
forno, temos a sensação de quente. Essas sensações 
são facilmente associadas com a ideia de maior ou 
menor temperatura. 
TERMOMETRIA
Quando tomamos um café, geralmente, adicionamos 
um pouco de leite frio para obtermos uma mistura de 
temperatura mais agradável.
Você já se perguntou o porquê dessas sensações?
Nos próximos capítulos, abordaremos temas relacionados 
a calor e temperatura, qual o signifi cado desses termos, 
quais as possíveis relações entre essas grandezas, quais são 
as suas formas de medição, entre outros. 
A termometria corresponde a parte da termologia 
que estuda a tecnologia da medição de temperaturas 
e do estabelecimento de padrões para essa medição.
TEMPERATURA (T)
A temperatura é uma grandeza escalar que está associada 
ao valor médio da energia cinética do movimento térmico 
das moléculas ou átomos de um corpo e, assim, nos indica o 
grau de “excitação” molecular.
Quanto maior for a temperatura de um corpo, 
maior será o grau de excitação molecular e quanto 
menor for a temperatura de um corpo menos intenso 
será o movimento molecular.
ENERGIA TÉRMICA
A energia térmica de qualquer corpo está relacionada 
com a velocidade de movimentação de suas moléculas e/ou 
átomos, ou seja, com a energia cinética deles.
CALOR (Q)
O calor é a quantidade de energia térmica que fl ui 
entre corpos, ou sistemas, com temperaturas diferentes. 
Esse fl uxo se dá de forma espontânea do corpo de maior 
temperatura para o corpo de menor temperatura.
EQUILÍBRIO TÉRMICO
Quando as propriedades térmicas de um sistema de 
corpos permanecem constante no decorrer do tempo, 
dizemos que os corpos que constituem esse sistema estão 
em equilíbrio térmico entre si.
A ideia de equilíbrio térmico entre dois ou mais 
sistemas pode ser generalizada a partir da chamada 
“Lei Zero da Termodinâmica”. 
Essa lei nos diz que “dois sistemas em equilíbrio 
térmico com um terceiro estão em equilíbrio térmico 
entre si”.
MEDIDAS DE TEMPERATURA
Para se medir a temperatura de um corpo é comum 
utilizarmos como base um fenômeno que ocorre nos corpos 
quando há aumento de energia cinética das suas moléculas. 
Esse fenômeno é a dilatação térmica. Essa dilatação térmica 
é o resultado do aumento da movimentação das moléculas 
de um corpo e o respectivo afastamento destas, acarretando 
o aumento do seu volume.
Baseado no princípio da dilatação térmica dos 
corpos, foi inventado o termômetro. Existem vários 
tipos de termômetros, todos com o mesmo propósito 
– a medida da temperatura de um corpo.
CAPÍTULO 3.1
TERMOMETRIA
CONTEÚDO E ORIENTADAS MÓDULO 3
312
MÓDULO 3 | 3.1 TERMOMETRIA
ALGUNS TIPOS DE TERMÔMETROS
Termômetro de mercúrio
O termômetro de mercúrio foi inventado por Fahrenheit 
em 1714 e utiliza como substância termométrica o mercúrio. 
Em razão do comportamento linear que essa substância 
apresenta conforme a variação da temperatura, esse tipo 
de termômetro é bem usado no cotidiano, visto apresentar 
melhor precisão, se comparado a outros. Permite medir faixa 
muito ampla, desde –38 °C até +350° C, que correspondem 
respectivamente aos pontos de fusão e ebulição do estado 
líquido. 
Termômetro clínico
É um termômetro de mercúrio que mede a temperatura 
do corpo humano, de modo que a sua escala é limitada indo 
de 35ºC até 42ºC.
Termômetro infravermelho
Ele é utilizado para medir a certa distância da superfície a 
temperatura do objeto, bastando ajustar o seu “laser” sobre 
a superfície e puxar o gatilho. Quanto mais elevada for a 
temperatura, mais a energia infravermelha é libertada e 
detectada. A maioria pode medir temperaturas entre 538ºC 
e 3000ºC em alguns segundos. Sua desvantagem é o elevado 
custo e o fato de não funcionarem em superfícies refl exivas.
Termômetro digital
Constituído de substância que varia a resistência 
elétrica com a temperatura. Um mostrador digital indica a 
temperatura conforme a variação da resistência do material 
escolhido como referência. Pode-se avaliar a medida da 
resistência por meio da intensidade de corrente elétrica que 
passa pelo material; este varia com a temperatura. 
FUNCIONAMENTO DO TERMÔMETRO CLINICO
Quando se coloca um termômetro clinico em contato 
com a pele de uma pessoa, ocorre a transferência de 
calor da pessoa para o bulbo do termômetro. Com 
isso, a energia térmica dos átomos da substância 
termométrica aumenta, ampliando assim a energia 
cinética. O aumento de movimentação desses átomos 
faz com que a substancia sofra dilatação, saia do bulbo 
e percorra o tubo graduado, permitindo visualizar a 
temperatura da pessoa. 
O espaço que a substância percorre pelo tubo 
depende da quantidade de energia térmica transferida 
para ela. Quanto mais energia térmica for transferida, 
maior será a energia cinética dos átomos da substância, 
e, consequentemente, maior será sua dilatação e mais 
o liquido prosseguirá pelo tubo, registrando uma 
temperatura cada vez mais alta.
A fi xação de uma escala de temperaturas começa 
com a escolha do termômetro, isto é, de um sistema 
dotado de uma propriedade que varie regularmente 
com a temperatura. Por exemplo, à medida que 
aumenta a temperatura de um termômetro clínico, 
aumenta a altura da coluna de mercúrio em seu 
interior. Essa propriedade é chamada propriedade 
termométrica. A cada valor da propriedade 
termométrica (altura) corresponderá um único valor 
da temperatura, isto é, a temperatura é uma função 
unívoca da propriedade termométrica.
ESCALAS DE TEMPERATURA
Para as escalas termométricas usadas tradicionalmente, 
os sistemas universalmente escolhidos são: 
a) sistema gelo – água sob pressão normal (1 atm), cuja 
temperatura é aqui denominada ponto de gelo. 
b) sistema água – vapor d’água sob pressão normal (1 
atm), cuja temperatura é aqui denominada ponto de 
vapor. 
Essas temperaturas são também chamadas “pontos 
fi xos fundamentais” e o intervalo entre elas recebe o 
nome de “intervalo fundamental” da escala. 
Chamamos de escala termométrica a sequência ordenada 
das temperaturas que defi nem, em graus, todos os estados 
térmicos, ordenados dos mais frios aos mais quentes. As 
escalas estabelecidas atribuindo valores arbitrários aos 
pontos fi xos são denominadas escalas termométricas 
relativas. 
313
MÓDULO 3 | 3.1 TERMOMETRIA
ESCALA CELSIUS
Em 1742, o astrônomo sueco Anders Celsius sugeriu 
inicialmente os valores 100 para o ponto de gelo e 0 para o 
de vapor. Posteriormente, inverteu os valores para os que 
conhecemos hoje: zero para o ponto de gelo e cem para 
o de vapor, sob pressão atmosférica de 1 atm. É a escala 
termométrica mais utilizada em todo o mundo em virtude 
da praticidade de seus valores. 
Os valores atribuídos, nessa escala, para o ponto de 
fusão e para o ponto de vapor são respectivamente, 0 
e 100. O intervalo é dividido em 100 partes, cada uma 
das quais constitui o grau Celsius (°C). 
ESCALA FAHRENHEIT 
Em1709, o físico alemão, construtor de instrumentos 
meteorológicos, Gabriel Daniel Fahrenheit, desenvolveu 
um termômetro a álcool, extremamente preciso e 
confi ável, e nele fi xou a menor temperatura conseguida 
num dos dias mais frios do ano, com mistura de gelo e sal 
amoníaco. Atribuiu o zero na escala a –18°C; o valor 100°F 
(aproximadamente 37,8°C) correspondendo à temperatura 
corpórea de sua esposa, que no dia em que foi realizada 
a medida estava acima da normal. Em razão da convenção 
desses valores, chegou-se ao valor de 32°F para o ponto de 
fusão do gelo e 212°F para o ponto de ebulição da água, sob 
pressão atmosférica de 1 atm. 
Em 1714, percebendo que o mercúrio possuía dilatação 
mais uniforme comparado ao álcool, Fahrenheit construiu o 
primeiro termômetro de mercúrio fechado a vácuo. Graças 
à grande precisão, passou a ser usado regularmente em 
hospitais e universidades europeias, ganhando status de 
instrumento científi co. Atualmente, essa escala é utilizada 
por alguns países de língua inglesa. 
Os valores atribuídos, nessa escala, para o ponto de 
fusão e para o ponto do vapor são respectivamente, 32 
e 212. O intervalo é dividido em 180 partes, cada uma 
das quais constitui o grau Fahrenheit (°F).
ESCALA KELVIN
É possível demonstrar que existe um limite inferior, ainda 
que inalcançável de temperatura, ou seja, há um estado 
térmico mais frio que qualquer outro. Como veremos mais 
tarde, essa situação corresponde à cessação do chamado 
movimento de agitação térmica de todos os átomos e 
moléculas do sistema. A esse estado térmico dá-se o 
nome de zero absoluto. Embora seja inatingível na prática, 
foi possível, através de condições teóricas, chegar-se à 
conclusão de que o zero absoluto corresponde, nas escalas 
relativas usuais, a –273,16°C e –459,67°F. 
Em 1848, o físico escocês William Thomson Kelvin propôs 
a teoria pela qual existiria uma temperatura mínima, com 
estado de agitação das moléculas nulo — zero absoluto. 
Dessa forma, sugeriu uma escala termométrica, em que 
o zero coincide com o zero absoluto (–273°C); adotou o 
mesmo número de divisões da escala Celsius, que confere 
ao ponto de fusão da água o valor 273 K e, ao de ebulição, o 
valor 373 K, sob pressão atmosférica de 1 atm. 
A escala Kelvin, conhecida por escala absoluta, tem o zero 
correspondente à mínima temperatura possível (ausência 
de agitação — zero absoluto). 
Em 1954, o que era conhecido como grau Kelvin 
passou a integrar o Sistema Internacional de Unidades 
e, em 1967, para diferenciar a escala absoluta das 
demais, convencionou-se não utilizar o grau antes da 
unidade (°C, °F, K). Assim, 300 K, por exemplo, lê-se 300 
Kelvins e não 300 graus Kelvin.
CONVERSÃO DE ESCALAS
Precisando de diferentes unidades de medida, sejam 
termométricas, monetárias ou científi cas, uma equação 
matemática permite converter o valor da unidade pouco 
conhecida para a que se conhece — equação de conversão 
ou relação termométrica. 
314
MÓDULO 3 | 3.1 TERMOMETRIA
Podemos obter a equação de conversão entre as 
escalas aplicando uma regra matemática chamada de 
interpolação
O valor do meio menos o valor de baixo, dividido 
pelo valor de cima menos o valor de baixo. Aplicando 
para todas as escalas, podemos obter a equação de 
transformação de temperaturas.
= =
= =
= =
QUESTÕES ORIENTADAS
QUESTÃO 01 
(EEAR) Roberto, empolgado com as aulas de Física, decide 
construir um termômetro que trabalhe com uma escala 
escolhida por ele, a qual chamou de escala R. Para tanto, 
defi niu – 20 ºR como ponto de fusão do gelo e 80 ºR como 
temperatura de ebulição da água, sendo estes os pontos 
fi xos desta escala. Sendo R a temperatura na escala 
criada por Roberto e C a temperatura na escala Celsius, e 
considerando que o experimento seja realizado ao nível 
do mar, a expressão que relaciona corretamente as duas 
escalas será: 
A C = R - 20 
B C = R + 20 
C C = (R + 20)/2 
D C = (R - 20)/2 
QUESTÃO 02 
(MACKENZIE) Sonhos sob chamas
Na madrugada da sexta feira do dia 08 de fevereiro de 2019, 
dez sonhos deixaram de existir sob as chamas do Ninho 
do Urubu, centro de treinamento do Clube de Regatas do 
Flamengo, no Rio de Janeiro. Eram adolescentes, aspirantes 
a craques de futebol, que dormiam no alojamento do 
clube e foram surpreendidos pelas chamas advindas do 
aparelho de ar condicionado que, em poucos minutos, 
fi zeram a temperatura local atingir valores insuportáveis ao 
ser humano. Essa temperatura na escala Celsius tem a sua 
correspondente na escala Fahrenheit valendo o seu dobro, 
adicionado de catorze unidades.
Com bases nos dados fornecidos, é correto afi rmar que o 
valor absoluto da temperatura citada vale 
A 162 
B 194 
C 273 
D 363 
E 294 
QUESTÃO 03 
(IFPE) Para medirmos a temperatura de um objeto, 
utilizamos principalmente 3 escalas termométricas: Celsius 
(ºC), Fahrenheit (ºF) e Kelvin (K) A relação entre elas pode ser 
vista no quadro abaixo. 
Utilizando a escala como referência, podemos dizer que 0 
ºC e 50 ºC equivalem, em Kelvin, a 
A 212 e 273. 
B 273 e 373. 
C 212 e 32. 
D 273 e 37. 
E 273 e 323. 
QUESTÃO 04 
(IFPE) Pernambuco registrou, em 2015, um recorde na 
temperatura após dezessete anos. O estado atingiu a média 
máxima de 31 ºC, segundo a Agência Pernambucana de 
Águas e Clima (APAC). A falta de chuvas desse ano só foi 
pior em 1998 – quando foi registrada a pior seca dos últimos 
315
MÓDULO 3 | 3.1 TERMOMETRIA
50 anos, provocada pelo fenômeno “El Niño”, que reduziu 
a níveis críticos os reservatórios e impôs o racionamento 
de água. Novembro foi o mês mais quente de 2015, aponta 
a APAC. Dos municípios que atingiram as temperaturas 
mais altas esse ano, Águas Belas, no Agreste, aparece em 
primeiro lugar com média máxima de 42 ºC 
g1.com.br.
Utilizando o quadro abaixo, que relaciona as temperaturas 
em ºC (graus Celsius), ºF (Fahrenheit) e K (Kelvin), podemos 
mostrar que as temperaturas médias máximas, expressas 
em K, para Pernambuco e para Águas Belas, ambas em 
2015, foram, respectivamente,
A 300 e 317. 
B 273 e 373. 
C 304 e 315. 
D 242 e 232. 
E 254 e 302. 
QUESTÃO 05 
(UFU) Um estudante monta um dispositivo termométrico 
utilizando uma câmara, contendo um gás, e um tubo capilar, 
em formato de “U”, cheio de mercúrio, conforme mostra a 
fi gura. O tubo é aberto em uma das suas extremidades, que 
está em contato com a atmosfera. 
Inicialmente a câmara é imersa em um recipiente contendo 
água e gelo em fusão, sendo a medida da altura h da coluna 
de mercúrio (fi gura) de 2 cm. Em um segundo momento, 
a câmara é imersa em água em ebulição e a medida da 
altura h da coluna de mercúrio passa a ser de 27 cm. O 
estudante, a partir dos dados obtidos, monta uma equação 
que permite determinar a temperatura do gás no interior 
da câmara (q) em graus Celsius, a partir da altura h em 
centímetros. (Considere a temperatura de fusão do gelo 0 
ºC e a de ebulição da água 100 ºC) 
Assinale a alternativa que apresenta a equação criada pelo 
estudante. 
A θ = 2h 
B θ = 27h/2 
C θ = 4h - 8 
D θ = 5h - 20 
VARIAÇÃO DE TEMPERATURA
Muitos problemas não necessitam da medida direta da 
temperatura, mas sim da variação dessa grandeza. Dessa 
forma é de extrema importância que se conheça forma de 
converter variações de temperaturas entre as escalas.
Escalas Celsius e Kelvin 
Como essas duas escalas possuem em comum o mesmo 
número de divisões (100) entre os pontos fi xos, ocorre a 
mesma variação para as duas escalas. 
Escalas Celsius e Fahrenheit 
Pelo fato de essas escalas possuírem um número de 
divisões diferentes entre os pontos fi xos, usa-se o teorema 
de Tales para obter a equação de conversão. 
Escalas Kelvin e Fahrenheit
TEMPERATURA E CALOR
A temperatura do corpo está relacionada ao grau médio 
de agitação das suas moléculas. Compondo a estrutura de 
todos os corpos encontrados na natureza, as moléculas 
possuem certo grau de agitação. Aquelascom maior nível 
médio de agitação estão sujeitas a temperaturas mais 
elevadas. Espontaneamente, na natureza, quando as 
moléculas fi cam em contato umas com as outras, energia 
316
MÓDULO 3 | 3.1 TERMOMETRIA
térmica passa das mais para as menos agitadas. Calor é essa 
energia transferida espontânea do corpo de maior para o 
de menor temperatura. Exemplo: uma barra metálica a alta 
temperatura colocada em contato com uma esfera de aço a 
temperatura menor é capaz de lhe aumentar a temperatura, 
pois as moléculas da barra, que estão mais agitadas, 
transferem essa agitação (energia) para as moléculas menos 
agitadas da esfera, conforme ilustração. 
Na natureza, o calor passa espontaneamente do corpo de 
maior para o de menor temperatura, porém é possível obter, 
de forma não espontânea, o processo inverso. O motor 
da geladeira retira calor de dentro dela, transferindo-o de 
região de menor para outra de maior temperatura. 
DIFERENÇA ENTRE CALOR E TEMPERATURA 
Temperatura: caracteriza o nível médio de agitação 
das moléculas de uma região do espaço. 
Calor: caracteriza a transferência espontânea de 
energia térmica da região de maior para outra de 
menor temperatura.
QUESTÕES ORIENTADAS
QUESTÃO 06 
(IFSUL) Ao atender um paciente, um médico verifi ca que, 
entre outros problemas, ele está com temperatura de 37,5 
ºC e deixa-o em observação no posto de saúde. Depois de 
uma hora, examina-o novamente, medindo a temperatura e 
observa que ela aumentou 2 ºC. 
O valor dessa variação de temperatura, na escala Fahrenheit, 
e a temperatura fi nal, na escala Kelvin, são respectivamente 
iguais a 
A 3,6 ºF e 233,5 K. 
B 35,6 ºF e 312,5 K. 
C 35,6 ºF e 233,5 K. 
D 3,6 ºF e 312,5 K. 
QUESTÃO 07 
(COL. NAVAL) Durante uma avaliação de desempenho 
físico, um candidato percorreu, em 12 min, a distância de 
2400 metros e consumiu uma energia total estimada em 
160 kcal.
Supondo que a energia consumida nessa prova possa ser 
usada integralmente no aquecimento de 50 kg de água, 
cujo calor específi co vale 1 cal/g ºC é correto afi rmar que a 
variação de temperatura da água, na escala Fahrenheit, e 
a velocidade média do candidato valem, respectivamente: 
A 5,76 ºF e 12 km/h. 
B 5,76 ºF e 14 km/h. 
C 4,28 ºF e 12 km/h. 
D 3,20 ºF e 12 km/h. 
E 3,20 ºF e 14 km/h. 
QUESTÃO 08 
( CPS) O adensamento de edifi cações em uma cidade implica 
diretamente no aquecimento. Isso acarreta desperdício de 
energia, devido ao uso de ar condicionado e ventiladores.
Um estudo realizado por uma ONG aponta que é possível 
diminuir a temperatura do interior das construções. Para 
tanto, sugere que todas as edifi cações pintem seus telhados 
de cor branca, integrando a campanha chamada “One 
Degree Less” (“Um grau a menos”). 
O título da campanha, “Um grau a menos”, pode ser 
ambíguo para algum desavisado, uma vez que a escala 
termométrica utilizada não é mencionada. Em caráter 
global, são consideradas três unidades de temperatura: 
grau Celsius (ºC) grau Fahrenheit (ºF) e kelvin (K). A relação 
entre as variações de temperaturas nas três escalas é feita 
por meio das expressões:
ΔK = ΔC 
ΔC/5 = ΔF/9
em que:
ΔK é a variação da temperatura em 
kelvin.
ΔC é a variação da temperatura em 
Celsius.
ΔF é a variação da temperatura em 
Fahrenheit.
Na campanha, a expressão “Um grau a menos” signifi ca que 
a temperatura do telhado sofrerá variação de 1 grau, como 
por exemplo, de 30 ºC para 29 ºC
Considerando-se que o 1 grau a menos, da campanha, 
corresponde a 1 ºC essa variação de temperatura equivale 
a variação de 
A 1 ºF. 
B 1 K. 
C 0,9 ºF. 
D 32 ºF. 
E 273 K. 
QUESTÃO 09 
(UERN) A temperatura interna de um forno elétrico foi 
registrada em dois instantes consecutivos por termômetros 
distintos – o primeiro graduado na escala Celsius e o segundo 
na escala Kelvin. Os valores obtidos foram, respectivamente, 
iguais a 120 ºC e 438 K. Essa variação de temperatura 
expressa em Fahrenheit corresponde a 
A 65 ºF 
B 72 ºF 
C 81 ºF 
D 94 ºF 
317
MÓDULO 3 | 3.1 TERMOMETRIA
QUESTÃO 10 
(IFCE) Um termômetro com defeito está graduado na 
escala Fahrenheit, indicando 30 ºF para o ponto de fusão 
do gelo e 214 ºF para o ponto de ebulição da água. A única 
temperatura neste termômetro medida corretamente na 
escala Celsius é 
A 158. 
B 86. 
C 122. 
D 50. 
E 194. 
01 B 02 D 03 E 04 C 05 C
06 D 07 A 08 B 09 C 10 D
GABARITO