CAP.1-INTRODUÇÃO+À+TERMOLOGIA

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Introdução à Termotogia
NaTermologia, a motérìa ë estudada em seu ospeato micrcscópi.o
e em seu .omportamento global, Nesta pofte aprcsentamos os
.onceitos fundamentais parc os doìs tipos de abodagem adotados. t
Çl cariruro r. cotcxlros tuNDAMENraIs
l. TERMoLoGTA: oBsERvAÇÕEs ÀIÀcRoscóprcÁs,
ÌNTERPRXTAÇÕES MICROSCÓPICÀS
2, ENERflA TÉRMICA E cÀLoR
3, NoqÁo Dx rEMPxrÁïJRÀ
4, 0s EsTÀDos DE AcRxGÁqÃo DA MATÉRIA
I Nesta Introdução à Ìermologla, apretentamos o con<êito
de energia térmi@ e enfatlzamos o câráter energéti<o
do cãlor. A noção de temperâtura é dircutida do ponto
devista macros<ópico e do mlcroscópico. Ot eítâdos
de agr€gação da matéria taÌnbém são ânalisãdos
ma(roscópicà e micros(opi(amente.
Para nor, a fonte de calor mak importante é o 5ol.
. @ t. Termologia: observações macroscópicas,
interpretações microscópicas
Na Termologia, parte da Físìca com que iniciamos o segundo volume, estudamos os fenômenos ìi
gados à energìa térmica (Íenômenos térmìcos). Esses fenômenos, assim como outrosfenômenos físicos,
podem ser ìnterpretados sob duas perspectivas que freqüentemente se completam: a macíoscdpica e
a microscópica,
O estudo macroscópico está relacionado com os aspectos globais do sistema, como o volume que
ocupâ, sua temperatura e outras propriedad€s que podemos perceber por nossos sentidos. Ao estudar
a Mecânica, no primeiÍo volum€, g€Íalmente adotamos o ponto d€ vìsta macroscópico, analisando
apenas as pÍopriedad€s do sistema na sua interação com o ambiente, como energia mecânica, posição,
v€locidade etc. Entretanto/ muitas vezes, para uma compreensão maìs aprofundadâ de um fenômeno,
é ìmportante adotar também o ponto de vìsta microscópico, considerando então grandezas que não
percebemos pelos nossos sentidos € que são medidas indiretamente.
Nos fenômenos térmicos, microscopicamente, consìderamos a eneÍgia das moléculas, suas velocida-
des, intemções etc. Nessa análise, os Íesultados obtidos devem ser compatíveis com o estudo feito por
meio de grandezas macÍoscópicas,
As peÍspectìvas macÍoscópìca e mìooscópica completam-se na Termologia, propiciando uma compre-
ensão mais pÍofunda de um mesmo fenômeno. Exemplificando, a noção de t€mperatura obtida a partir da
sensação táctilde quente efrio (ponto devìsta macroscópico) aprofirnda-se ao considerarmos o movimento
moleculare entendermos a temperatura a paftir desse movìmento (ponto de vista microscópico),
Êsse entrelaçamento de perspectìvas ocorre em vários outros ramos da Física, sendo característico
do estudo atual dessa ciência.
il'.r'i'@ 2. Energia térmica e calor
As moléculas constituintes da matérìa estão sempre em movimeÁto, denominado agitação térmi-
ca. A energia cìnétìca associada a esse movimento é denominada energia térmica.
A energia térmica de um corpo pode variar. Por exemplo, se uma certa quantidade de água Íor
colocada lunto à chama de um bico de gás, o movimento de suas moléculas se torna mais intenso, isto
é, sua eneigia térmica aumenta. Por outro lado, adicionando-se gelo à água, ocorre a diminuição do
movimento moìecLrlarda água, isto é, sua energìa térmica diminuì. Essa ocorrêncìa é ilustrada nasfigurás
I a e 1b, nas quais as moléculas d€ água são representadas esqu€maticamente por pequenas esferas.
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.2 Oi FUNDÁMrNÌos DÁ Fis.Á
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Figura l. As moléculas dã água quente sê âgitâm mâis inrensâmente.
Nesses exempÌos, identif icamos um corpo quente (a chama do bico de gás) e um corpo fr io(o gelo). Note que, ao empregãf os termos Ì/quente" e "frio", estâmos utilizando uma noçã9 subietiva
de temperatura/ baseada em sensações apreendidas pelo tato. Embofa seia uma forma imprecisa de
cãracterizar a temperaturâ, essa é a noção que utilizamos no dia-a-dia parâ dizer que um corpo quente
está a uma temperatura mais elevada que um corpo frio.
Ainda pelos exemplos apresentados, podernos concluir que a energia térmica transferiu-se de um
corpo para outro (do bico de gás para a água, na f igura 1a, e da água para o gelo, nâ f igura 1b), em
virtude da dÌfêrençâ de temperatura entre eles, A energia térmica em trânsito damos o nome oe cator,
PoÍ ìsso, não se deve falaÍ em calor "contido" num coÍpo. Quando for n€cessário dar a idéia da energia
contida num corpo, relacionada com a agitação de suas moléculas, deve-se usaÍ a expressào
energia térmica.
O fato de que o calor é uma forma de energia só foi definitivamente estabelecido na Física no século
XlX, graças aos trabalhos dos cientistas Willìam Thompson (conde de Rumford), jos€ph Mayer e lames
Prescottjoule. Nos modelos aceitos até então, o calor era entendido como uma substância imponderável(fluido calóÍico) que se jncofporava aos coÍpos ou sistemas.
A medìda da quantidade de <alor trocada entre dois corpos é, poúanto, uma medidâ de energìa.
Sendo assim, a unidade de quantidade de calor no Sistema Internacional é o ioule (J). Éntretanto, a ca-
loria (símbolo cal), unidade estabelecida ântes de se ent€nder o calor como Íorma de eneroia. contìnua
sendo utilizada para medir as ouantidades de calor.
A reìação entre a caloria (cãl) e o joule (J) é:
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1 cal : 4,1868 j
! \_+
ã A 3. Noção de temperatura
Podemos considerar a temperatura de um corpo como a m€dida do grau de agitação de suas
molé(ulas. Desse modo, supondo não havef modança de fase, quando o corpo recebe energia térmica,
suas moléculas passam â se agìtar mais intensamente a tempeÍatura aumenta. Ao perder energia/ as
moléculas do corpo se agitam com menor intensidade a temperatura diminui. Na Í igura 2, as molé-
culas do gás, representadas esquematicâmente por pequ€nas eíeras, aumentam seu grau de agitação
ao receberem energia térmica da chama do bico de gás.
Figurâ 2, As moté<ulas do 9ás, quândo colocado sobÌê a óâmã, ãdquir€m mais ênêrg ia cinéricã,
ou seja, o gás pô55a ã a presentar üma têmpeÍâturâ mais elevâda.
I
Ca?iruLo 1 . CoNcEÌos FuNoÁMrNÌaE t .
Atransferência de calorentíe dois corpos, como acentuamos anteriormente, pode s€r explicada pela
diferença entre suas temperatuaas, Quando doìs corpos são colocâdos em presença um do outro, as
moléculas do corpo quente (mais rápidas) transÍerem en€rgia cinética para as moléculas do corpo frio
(mais lentas). Com isso, as moléculas do corpo frio aum€ntam sua velocidade e as moléculas do corpo
quente têm sua v€locìdade dìminuída, até se. alcançada uma situação de equilíbÍio. Em outras palavras,
há transferência de en€Ígia térmica (calor) do corpo mais quente para o corpo mais frio.
Sendo âssim, poderÍìos concluif que: "se do;s coÍpos estão em equilíbrio térmico com um teÍceiro,
eles estão em equilíbrio térmico entre si". Esse enunciàdo constitui a chamada lei zero da Te,modinâ-
mi(a. Assim, se um corpo A está em equilíbrio térmico com um corpo C e um corpo B também está em
equilíbrio térmìco com o corpo C, então os corpos A e B estão em equilíbrio térmico entre si.
@ +. Or estados de agregação da matéria
Estamos habituados com o fato de a água apÍesentar-se como líquido, sólido ou vapor, podendo
passar de uma parâ outra sìtuação. Assim, como se mostra na figura 3, um cubo de gelo (sólido) pode
derreter, passando a lí,quido; e este, por aqueaimento, pode passar a vapor
FigüÍâ3.Esquemã de um dispositivoêm quê o gêlo s€ tÌansfom. em água líquida, € esta, por
âquêcimêntq sê trânsforfiâ êm vâpor.
Sólido, líquido e gasoso constìtuem os estados de agregação da matéria (há uma diíerença física
entre gás e vaporque discutiremos em outro capítulo, mas ambos corrcspondem ao €stado gasoso), De
modo geral, os matefiais que nos rodeiam se encontram em um desses estados de agregaçào,
[.Jm sólido tem volume e forma definidos. Um líquido assume a ÍoÍma do recipiente que o contém,
mas seu volume é definido. um gás ou um vapor preenche totalmente um r€cipiente fechado no qual
seja colocado, qualquer que seja a forma deste. Potanto, gases e vapores não têm fofma nem volume
definidos: a forma e o volume são do recipiente no qual se encontram,
Pâra explicar esses estados de agregação, admite-se que qualquer material é formado de moléculas
e qLreessas estão em movimento, mais intenso ou menos intenso, com maior ou menor liberdade, con-
ÍoÍme a Intensidade da5 íorças de coesào* entÍe eld\,
b)
FiguÌâ {. R€prêsêntãção e5quêmática de <omo se aprêsêntâm as moléculas docoÌpo no êstado
sólido (a) e nos€stados líquido ê gâsoso {b).
ta Chamam re íorçã5 dê @gáo ôs íorçar que se dêsenvolvem entre moléculãi de me5mà nâtur%, ê íorcr dê adsáo
as que se desenvolvem entÍe moiéculôs de nôturczas diferentes,
Í
3
E
Os FUNDÁMÊNros DÂ FrsrcÀ
No estado sól ido, as íorças de coesâo sâo multo intensas, festr ingindo o movimento das moléculas
a umã l igeira vibração em torno de uma posição média. Na f igufa 4, representando e5quematicamente
as moléculas, esse rnovimento restf i to é mostrado em a (no destaque), Por conseguinte,
fotemente coesas, dÌspõem se com regular idade, geral Ínente íormando urrìa rede cr istal ina, Assim, os
só idos apÍesentaÍn forma e volume def lnidos.
No estado l íquido, as distâncias entre as moléculãs são, em média, maiores que no estãdo sól ido_
No entanto, as fofçãs de coesão ai ' ìda são apfeciáveis e a l iberdade de movimentãção das molécula5 é
imitada, havendo âpenas o desl izamento de !mas em relaçâo às o!tras ( f igura 4b). Em consequèncra,
os l íquidos ãpresentam volume d€f inido, mas sua forma é var lável, adaptando-se à do fecrprente.
No estado gasoso, âs forças de coesão entfe as mo éculas têm intensidade mLri to pequena, possibi-
i tando umã Ínovimentação bem mais intensa que nos outros estados (Í iguÍâ 4b). Conseqüentemente,
os gases e vapores têm a propriedade de se di Íundir por todo o espaço em que se encontÍam, nào
apresentando nem forma nem voluÍne def inidos.
Tanto uma mlstuÍa gâsosa corno uma mistura homogênea de l íquidos apfesentam uma únicâ fase
a Íase gasosa, no pr imeìro caso, e a fase l íquida, no segundo. Uma pedra de gelo f lutuando na água
const i tui um sistemâ corn duãs fases dist intas: ã fase sól id; ì e a fase l íquida. Assim, fase de um sisterna
é uma parte geometr icamente def inidâ e f is icarnente homogênea desse sistema, Por isso, podemos nos
refer ir aos estados de agregação de uma substância como fases da substância.
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< A água pode seapresentàr,
na NatuÌeza, em suas tÍês fases:
liquidâ, no mar, nos lagos
e rios e nas nuvens (emfoma
dê 9oticulas em 5uspensão
nâ atmoíera ); vâpoÍ, em mistuE
com os gasês que constituem
o ar; sól ida, nasgelei ías, nos
i.ebelgs e nâs croíâs de gelo que
cobrem os picos dâs montânhã5
@:ffi
No en.ìeÌeço eÌetÌônico hitp://www2.bi.ÌìôhÉ.np;!t .Ò1üd"-ilsci€nce/JavaAppTuoleTe-rlole.htnt
(ãcesso 
€n 19/0al2007), você pod€rá, por neio de una simuLação, anaÌisàÌ a diferênça entre os esrados
sóÌido, Ìiquido e gasoso de uma suhsiãncia.
CÁPiÌuLo1 
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CoNft!Ìos FUNDAM€NÌas 5.
íqìiÈi:i:*g
!Í$! GlDilesp) o SI (sistema InteÍnâcioDáÌ de üDidades)
ãílotaconô unidade de caìor o jouìe, pois calor é
energia. No eDtarto. só teú sentido IáÌar em cã1or
como eíêÌgia em t!âNito, oü seja, energia que se
trdÌsfere de um.ôrpo a outro eú decoÍÉôcia dâ
diferença cÌe temperaturâ enbe eles.
Assiôãlê ã âfiróãção em que o conceito de caìor
está empregado corretanÌente.
a) A temperatuÍa de um corpo dnninui qúãndo
ele perde parte do caloÌque nele estava arma-
b) A temperâiüra de oú corpô ãúme.tâqüddo
ele ãcunula cabr
c) A temperatLrra de um corpo diminui q!ãndo
ele cede cãìorpãrao meio aúbiente.
d) () aumento datemperatura de um corpo é um
indicador de que esse corpo amzenou cêlo.
e) UnÌ corpo só pode aiingir o zeÌ! absoìuto se
Ioresvaziado de todo o calor nele contido.
Ì;.lji:!, (uôìsa-sp) o iato de o calor passaf de um corpo
para outro devese:
a) À qudtidãde de câbÌexistente em cadaun
b) à dilerença de temperatura eDtre eìes.
... 
c) àenergia cinética totâÌ de súâs Ìnoléculas.
' d) âo o núúero de calorias existentes em câda
e) Nada do quese afrrmou âcimâ é verdádéiro.
',i]lã:l: preR) I'ro 
"e"uro 
xvfi. üma dâs interpretaçÕes
pârâ ã nãtufeza do calor considerava o um
nuido imponderável que preenchiã os espaços
entrc os átomos dos coÌposquentes. Essa inter-
pretâção explicava corretamente aÌgum lenô
menos, porém lalliava ên ouÌros. lsso motìvou
a proposição de ú â outra interpretação, qu€
teve origem em babâlh.s de Mâyer, RumÍoÌd e
Jouìe, entre outros pesquisado.es.
:.ì:1ì: 
.?uc campins sP) sôbÍê o conceitô de râloa
:i!t*::i
pode seafrrme que se tratade trma:
â) úedidâ dã têmpe.âtuÍâ do sistemâ.
b) Ìorma de energiaem trãnsito.
c) substânciâ IIüidã.
d) qnantidade reiacionada com o atdto.
e) energiâque os coÍpos possueú.
(UFSM-RS) caÌor é:
â) a energia contidã en un côrpô.
b) a energia qtre se translere de um corpo para
ouÚo, quândo existe uúâdileÍençã dêtenpe-
c) urìlluido nìvisivel è sempeso, que étra.snii-
tido de um corpo para oütro.
d) a trúsIerència de tempeÌatura de um corpo
e) a energia que se traníere espontarÌeamente
dô corpo de medoÍ tempêrâtúfâ pârã ô dê
maror remperaÌufa.
Com relaçâo ãos conceitos de temperatura,
calor e trabalho atuâlmente aceitos pelâ Física,
âvâlie as seguinies a6Ínêtivas:
I. TeÌnpeÍãtura e calor representâm o mesmo
II. Calor e trabâlho estãô rcìacionados com rrds,
terência de energia.
III. À temperâtüra de úm gás está relacionada
com ã energia cinética de agitação de suas
Assinale a ãlternátiva correta.
â) Somente as afirmativ6 II e III sâo vedadeirs.
b) Somente a anrmâtivâl éve(ladena.
c) Somente â ãfrÍnêtiva II é vetdadeÍa.
O Someôte a afrrmatìvâ III ê verdãdeúa.
eJ Somente as úrmãtivãs I e II sãoverdadeiras.
(UFV MG) Quando dojs corpos de materiais dile
rentè$ estão em equiÌibÍio térfrico, isolâdos do
Ìneio amlriente, pôdÈse âfrrmar que:
aJ o mais quênte é o que possui menor mõsa.
b) apesa. do contato, suas temperãtúras não
c) o mais qüente lornececaÌor ao mais Írio.
d) o mais irio lonÌe.ê.ãloÍ ao mais quente.
€) suâs têfrperaturas depeDden desuãs densi
(UFRCIRS) Sele.ione ã ãlte.nativa quepreenche
corretameôte as ìacunas do texto abaixo. na or
oem em que elas aparecem.
Quando um corpo úâis quente entm em contato
com üó corpo mais frio, depois de ceno tempo
ânbos atingem ã nèsúatemperatura, O queserá
que "passa" de um coDo para o outro quândo
eleì estão adilercntes teúpef,ìtuÌâs? SeÉ que é
transler'dâ â própÌìa temperatura?
Em 1770, o c ient isra br i tânico Josepb Black
obteve resposta parã essas questões, EÌe úos-
tÌou que, quando misturâmos partes iguais de
um liquido 0eite, por erempÌo) â teúpeÍaturâs
niiciais dìfere.tes, as tempefaturas de ambas as
Partes 
- 
signifrcativmentei no entãntoj
se derramârm.s um copo de leite morno num
balde cheio de água com vários cubos de gelo
Iündente, e isoìarmos esse sisteúã como úú
t.do, a tenpêrâtu.a do leite solrerá uma mudan-
çasignificativa, mas a temperaturada mistura de
água egelo nãô. Con esse simpìes ef,peifrento,
fica connrmado que "aquiìo que é tfansÍerido
nesse pfocesso ã têmperâturâ.
Afim de medir â temperãtura da mistura de geÌo
e água, um termômetro, ìniciaÌmote à tempera
tura ambiente, é inbodüzido no sisteúa e êntrã
emequilibrio té.hico com eìe. Nesse caso, o teF
mômêtro 
- 
uma vâriação em suâ própda
r
fs:
:i.nË
3
.6 Os FuNoaMrNros DÀ FBicÁ
b
a) mudam náo é sorle
b) não mudm 
- 
é sofre
c) mudam 
- 
não é-não soÍre
O mudam - é - não sofre
e) não mudm 
- 
é 
- 
não soÍre
CatecSP) Três corpos encostados entÍe si estão
em eqüilibrio térmico. Nessa situaçáo:
a) os três corpos apresentâm-se no úesmo estã-
b) a temperãtura dos tÍês corpos é â msmâ.
c) o calor contido em cada um deles é o mesmo.
d) o co.po de nâior nassê tem mãis câÌor que os
€) há mais deunâproposiçâo correta.
O â teóperatura do terceiro corpo aumenta.
e) os dois corpos possuem ô mesúa quântidãdê g
o
w
!
o e;<0;
oq+0;
ffi As loÍçs de coesão ent.e as Doléculas dê únã
a) são mais intensâs no estado gâsoso do qüe
nos estados sólido e líquido, êm vi.tÌ1de de
b) são nenos intedsas no estado sólido do qde
nos estados gaôso e líquido, em vista dâ es-
c) não dependm do estado de agregação da subs
d) tên maior intensidâde no estadosólidoeme
nos intensidadeno estado gãsoso.
e) rêm intosidade dspreivel no 6rado sólido.
ffi Dois corpos Á è B, de mass mj e m, tais que.
m! > m", estão às temperâlur6 0r e 0,. respec
tivãmente, com 0i + 0d. Num dadoiNtante, eles
são postos em contato. Ao aÌcançaÌem o equi
librio tórmico, teremos para as temperatu.as
ã)0;>0;
b)8; :0;
com um terceiro, concluise quei
a) os três achâIn-se em Íepoúso.
b) os dois corpos estão em equilÍbrio térmico
c) a dilerença ent.e as tempeÍatüÍas dos corpos
é dilerente de zero.
ffi Gu-sc) u- 
"i"t".â isolâdo termicâmente domeio possüi tres corpos, üm de lerro, um de
âlumínio e outro de cobre. Após um certotempo,
verilicã-se qüe as tempe.âtu.âs do le..o e do
aluminio aumentãrâm. Pôdemos cónclüiÍ qúe:
â) o coÌpo de cobre tanbém âumentou a suâ
b) o corpo de cob.e ganhou calor do corpo de
aluminio e cedeu calor para o corpo de lerro-
c) o corpo de cobre cedeu caÌor pâra o corpo de
aluminio e recebeu cáÌor do corpo de lero.
O o corpo de cobÍe pem
e) ô corpo de cobre diminuiu ã sua temperatura.
ffiffi se aois corpos estiverem em equiÌÍbrìo ténnico
f
CÁPrÌuror . CoN.EÌos FuioaMENrÁ, 7.