Física Básica - Calor e temperatura

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Tema 9 • Calor e temperatura
Suplemento de reviSão • FÍSiCA
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Suplemento de reviSão • FÍSiCA
Calor e temperatura
Em 1592, Galileu Galilei criou uma versão simples de um termômetro, o termoscópio a ar. 
A construção de modelos mais elaborados levaria mais 150 anos. Em meados do século XVIII, já 
estavam estabelecidas as escalas termométricas usadas hoje. Agora, vamos revisar a conversão 
entre as escalas termométricas e a diferença entre os conceitos de calor e temperatura. 
9
TEMA
Diferença entre calor e 
temperatura
A temperatura é uma grandeza macroscópica, rela-
cionada ao grau de agitação das moléculas de um corpo 
(grandeza microscópica, inobservável). Calor é o nome 
dado à energia térmica em trânsito de um corpo de maior 
temperatura a outro, de menor temperatura, quando postos 
em contato, até que ambos atinjam o equilíbrio térmico.
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s
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c
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s Termômetro de 
máxima e mínima, que 
indiretamente está 
medindo o grau de 
agitação das moléculas 
do ar ambiente.
s Fotografia térmica mostrando 
cores diferentes em regiões 
com diferentes temperaturas. 
Há transferência de calor 
das regiões mais quentes 
(avermelhadas) para as mais 
frias (verdes e azuladas). A 
transferência cessa apenas 
quando a temperatura de 
ambas se torna igual.
Escalas termométricas
Pontos fixos
Para graduar uma escala termométrica, necessitamos 
de duas referências, chamadas de pontos fixos. As mais 
comuns são o ponto do gelo (temperatura de fusão do 
gelo, sob pressão normal) e o ponto do vapor (temperatura 
de ebulição da água, sob pressão normal).
Escalas mais utilizadas
Nomes e respectivas temperaturas dos pontos fixos:
Ponto do gelo Ponto do vapor
Celsius 0 wC 100 wC
Fahrenheit 32 wF 212 wF
Kelvin 273 K 373 K
Conversão entre as escalas
 Celsius e Fahrenheit: 5 9
32J JC F=
-
 Celsius e Kelvin: JC = TK - 273
Variação de temperatura
A variação de temperatura SJ de um sistema é dada 
pela diferença entre o valor final J2 e o valor inicial J1:
SJ = J2 - J1
A relação entre as variações de temperatura expressas 
em Celsius e Fahrenheit é dada por:
5 9
SJ SJC F=
Tipos de termômetro
Os diversos tipos de termômetros se diferenciam pela 
grandeza termométrica. O termômetro clínico, por exem-
plo, mede a dilatação de uma coluna de mercúrio no interior 
de um bulbo de vidro. Já um termômetro de lâmina bime-
tálica (fig. 1) funciona com base na diferença de dilatação 
entre os dois metais que compõem a lâmina.
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s Figura 1 A lâmina 
bimetálica no interior 
desse termômetro tem a 
forma de uma espiral cuja 
ponta está afixada na seta 
do mostrador. Conforme 
os dois materiais são 
aquecidos, dilatam-se 
de maneiras diferentes, 
e a lâmina se curva para 
o lado do material que 
sofre maior dilatação; 
assim, o ponteiro gira no 
sentido horário.
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Tema 9 • Calor e temperatura
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NO VESTIBULAR
 1 (Vunesp) Quando uma enfermeira coloca um termô-
metro clínico de mercúrio sob a língua de um paciente, 
por exemplo, ela sempre aguarda algum tempo antes de 
fazer a sua leitura. Esse intervalo de tempo é necessário:
a) para que o termômetro entre em equilíbrio térmico 
com o corpo do paciente.
b) para que o mercúrio, que é muito pesado, possa 
subir pelo tubo capilar.
c) para que o mercúrio passe pelo estrangulamento 
do tubo capilar.
d) devido à diferença entre os valores do calor espe-
cífico do mercúrio e do corpo humano.
e) porque o coeficiente de dilatação do vidro é dife-
rente do coeficiente de dilatação do mercúrio.
 2 (UEPB) Numa aula de Física, um aluno é convocado a 
explicar fisicamente o que acontece quando um pedaço 
de ferro quente é colocado dentro de um recipiente de 
água fria. Ele declara: “O ferro é quente porque contém 
muito calor. A água é mais fria que o ferro porque contém 
menos calor que ele. Quando os dois ficam juntos, parte 
do calor contido no ferro passa para a água, até que eles 
fiquem com o mesmo nível de calor... e aí eles ficam 
em equilíbrio”. Tendo como referência as declarações 
do aluno e considerando os conceitos cientificamente 
corretos, analise as seguintes proposições:
 I. Segundo o conceito atual de calor, a expressão “O ferro 
é quente porque contém muito calor” está errada.
 II. Em vez de declarar: “... parte do calor contido no ferro 
passa para a água”, o aluno deveria dizer que “existe 
uma transferência de temperatura entre eles”.
 III. “... até que eles fiquem com o mesmo nível de 
calor... e aí eles ficam em equilíbrio” é correto, pois 
quando dois corpos atingem o equilíbrio térmico 
seus calores específicos se igualam.
 Assinale a alternativa correta:
a) Todas as proposições são verdadeiras.
b) Apenas a proposição I é verdadeira.
c) Apenas a proposição II é verdadeira.
d) Apenas a proposição III é verdadeira.
e) Apenas as proposições I e III são verdadeiras.
 3 (Enem) Em nosso cotidiano, utilizamos as palavras 
“calor” e “temperatura” de forma diferente de como elas 
são usadas no meio científico. Na linguagem corrente, 
calor é identificado como “algo quente” e temperatura 
mede a “quantidade de calor de um corpo”. Esses sig-
nificados, no entanto, não conseguem explicar diversas 
situações que podem ser verificadas na prática.
 Do ponto de vista científico, que situação prática mos-
tra a limitação dos conceitos corriqueiros de calor e 
temperatura?
a) A temperatura da água pode ficar constante du-
rante o tempo em que estiver fervendo.
b) Uma mãe coloca a mão na água da banheira do 
bebê para verificar a temperatura da água.
c) A chama de um fogão pode ser usada para aumen-
tar a temperatura da água em uma panela.
d) A água quente que está em uma caneca é passada 
para outra caneca a fim de diminuir sua temperatura.
e) Um forno pode fornecer calor para uma vasilha de 
água que está em seu interior com menor tempe-
ratura do que a dele.
O intuito da enfermeira é o de medir a temperatura 
do corpo do paciente. Para isso, o termômetro e 
o corpo precisam entrar em equilíbrio térmico, 
fenômeno que acontece quando ambos exibem 
mesmo valor de temperatura e leva certo intervalo 
de tempo para ocorrer.
Alternativa a.
Ex
er
cí
ci
o 
1
 I. Correta. Geralmente, os alunos confundem 
os conceitos de calor e temperatura. O calor é 
energia em trânsito, ou seja, é a energia térmica 
que é transferida de um corpo para o outro. 
No entanto, a temperatura é uma grandeza 
associada ao grau de agitação das partículas que 
constituem o material em estudo.
 II. Incorreta. A transferência é de energia térmica, o 
que provoca uma variação de temperatura.
 III. Incorreta. Aqui o aluno pode confundir os 
conceitos de energia em trânsito (calor) e calor 
específico.
Alternativa b.
Ex
er
cí
ci
o 
2
Se a temperatura medisse a quantidade de calor de 
um corpo, este mudaria de temperatura ao receber 
calor. Durante a ebulição, a água recebe calor, e sua 
temperatura permanece constante. O que mostra 
que as duas grandezas não podem ser vistas como 
algo equivalente, como habitualmente as pessoas 
confundem no cotidiano.
Alternativa a.
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 4 (OBF) Contando apenas comum termômetro graduado 
na escala Fahrenheit, uma mãe verificou que seu bebê 
estava a uma temperatura de 100,4 wF. A temperatura 
do bebê em Celsius é:
a) 37,5 wC c) 38,5 wC e) 39,5 wC
b) 38,0 wC d) 39,0 wC
 5 (FMTM-MG) Normalmente, o corpo humano come-
ça a “sentir calor” quando a temperatura ambiente 
ultrapassa a marca dos 24,0 wC. A partir daí, para 
manter seu equilíbrio térmico, o organismo passa 
a eliminar o calor através do suor. Se a temperatura 
corporal subir acima de 37,0 wC, é caracterizada como 
hipertermia e abaixo de 35,0 wC, hipotermia. Se a 
temperatura de uma pessoa com hipertermia variar 
de 37,3 wC para 39,3 wC, esta variação nas escalas 
Fahrenheit (wF) e Kelvin (K) será, respectivamente, de:
a) 1,8 e 1,8 d) 2,0 e 3,6
b) 1,8 e 2,0 e) 3,6 e 2,0
c) 2,0 e 2,0
 6 (Fatec-SP) O gráfico abaixo relaciona as escalas termo-
métricas Celsius e Fahrenheit.
0 100
212
32
JF (
oF)
JC (
oC)
 Um termômetro graduado na escala Celsius indica 
uma temperatura de 20 wC.
 A correspondente indicação de um termômetro gra-
duado na escala Fahrenheit é:
a) 22 wF c) 68 wF e) 222 wF
b) 50 wF d) 80 wF
 7 (Unirio-RJ) O nitrogênio, à pressão de 1,0 atm, conden-
sa-se a uma temperatura de -392 graus numa escala 
termométrica X. O gráfico representa a correspondên-
cia entre essa escala e a escala K (Kelvin). Em função 
dos dados apresentados no gráfico, podemos verificar 
que a temperatura de condensação do nitrogênio, em 
kelvins, é dada por:
a) 56 c) 100 e) 273
b) 77 d) 200
0
oX
K373273
200
 8 (UFMT) Comparando-se a escala X de um termômetro 
com a escala Celsius, obtém-se o gráfico abaixo, de 
correspondência entre as medidas.
0
oC
oX
60
95
–5
 Observando o gráfico, concluímos que:
 I. para a temperatura de fusão de gelo, o termômetro 
desconhecido marca -5 wX.
 II. nos vapores de água em ebulição, o termômetro 
desconhecido marca aproximadamente 162 wX.
 III. a relação de conversão entre as escalas X e Celsius 
é JC = 0,6JX + 3.
 Dessas afirmações:
a) todas estão corretas.
b) apenas a I e a II estão corretas.
c) apenas a I e a III estão corretas.
d) apenas a II e a III estão corretas.
e) todas estão incorretas.
 9 (Mackenzie-SP) A diferença entre as temperaturas de 
ebulição do álcool etílico e do éter etílico, sob pressão 
de 1,0 atm, é 78,0 wF. Sabendo-se que a temperatura de 
ebulição desse éter é 35,0 wC, conclui-se que a tempe-
ratura de ebulição desse álcool é:
a) 8,3 wC
b) 35,3 wC
c) 43,3 wC
d) 78,3 wC
e) 105,4 wC
 10 (Cefet-GO) Um medidor de temperatura importado dos 
Estados Unidos da América, utilizado para registrar a 
temperatura da água em alguns motores próprios para 
aviões, possui uma escala de temperatura em graus 
Fahrenheit (ver figura). Nesta escala, a temperatura do 
gelo fundente é considerada igual a 32 wF e a tempera-
tura da água em ebulição igual a 212 wF.
 Se uma outra escala em graus Celsius fosse adicionada 
ao instrumento, quais seriam as novas marcações, com 
precisão inteira, em ordem crescente, correspondentes 
às marcações numeradas da escala original?
ºF
140
WATER TEMP.
180
220
260
300
a) 50 wC / 82 wC / 105 wC / 127 wC / 149 wC
b) 60 wC / 82 wC / 104 wC / 127 wC/ 149 wC
c) 50 wC / 82 wC / 104 wC / 127 wC / 149 wC
d) 60 wC / 80 wC / 100 wC / 130 wC / 150 wC
e) 60 wC / 83 wC / 105 wC / 126 wC / 148 wC
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Ex
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4 A partir do enunciado, JF = 100,4 wF. Então:
]
,
9
32
5 9
100 4 32
5
J J JF C C- =
-
= ` JC 5 38,0 
oC
Alternativa b.
Do enunciado, temos: SJC = 39,3 - 37,3 = 2 wC
Como 5 9 5
2
9
SJ SJ
]
SJC F F= = ` SJF 5 3,6 wF
A escala absoluta Kelvin, assim como a escala Celsius, 
está dividida em cem unidades entre o ponto do gelo 
e o do vapor.
Logo, para cada variação de 1 wC, teremos uma variação 
de 1 K.
Isso nos faz concluir que: SJ = 2 K
Alternativa e.
Ex
er
cí
ci
o 
5
Podemos resolver o problema a partir da semelhança de 
triângulos extraída do gráfico.
212 32
32
100
20
180
32
5
1
5
180 32
J
]
J
] JF F F-
-
=
-
= = +
` JF 5 68 wF
Alternativa c.
10020
JF 
_ 32
212 _ 32
Ex
er
cí
ci
o 
6
De acordo com o gráfico, podemos construir a seguinte 
figura:
em que T corresponde à temperatura na escala Kelvin.
)392T T
373 273
273
200 0 100
273
200
392]-
- = -
- =
(0 - -
 
` T 5 77 K
Alternativa b.
200
0
–392
373
273
K
T
oX
Ex
er
cí
ci
o 
7
 I. Correta. É imediata, a partir da leitura do gráfico. 
No ponto de fusão do gelo, temos JC 5 0 wC, que 
corresponde a -5 wX.
 II. Correta.
No ponto de vapor da água, temos: JC = 100 wC 
Substituindo na equação, temos:
 100 = 0,6JX + 3 ` JX 7 162 wX
 III. Correta. A equação de conversão encontrada na 
resolução do item II coincide com a apresentada 
no item III.
Alternativa a.
)5
)560 0
0
60 100
5J
]
J J
]C X C X-
-
= =
+(J - -
(95 - -
] JC 5 
( )
100
60 5JX + ] JC 5 0,6JX 1 3
95
25
60
0
wC
Jc Jx
oX
Ex
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cí
ci
o 
8
Do enunciado, temos:
SJF = Jálcool - Jéter = 78,0 wF 
Como:
,
9 5 9
78 0
5
SJ SJ
]
SJF C C= = ` SJC = 43,3 wC 
Encontramos:
Jálcool - 35,0 wC = 43,3 wC ] Jálcool = 78,3 wC 
Alternativa d.
Ex
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cí
ci
o 
9
Para converter Fahrenheit em Celsius, usamos a expressão
5 9
32J JC F=
-
Substituindo os valores indicados na figura na expressão 
acima, obtemos, respectivamente:
60 wC; 82,2 wC; 104,4 wC; 126,7 wC; 148,9 wC
Arredondando para o inteiro mais próximo, obtemos os 
valores indicados na alternativa b.
Ex
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 11 (UFTM-MG)
Cientistas propõem canos no 
oceano contra aquecimento
Dois dos principais ecologistas da Grã-Bretanha 
acreditam que é hora de desenvolver uma solução 
técnica rápida para mudanças climáticas.
Com o uso de tubos verticais gigantescos, as águas da 
superfície e das profundezas do mar seriam misturadas 
para fertilizar algas, que absorveriam CO2 da atmosfera.
3 ºC
30 ºC
Válvula
Flutuador
Tubo
Em meio ao oceano, o tubo vertical oscila verti-
calmente de tal forma que, em seu movimento des-
cendente, abre-se uma válvula que captura água das 
profundezas. O fluxo de água é garantido cada vez que 
o tubo oscila. As águas frias do fundo do mar são ricas 
em nutrientes. Para promover a mistura da água, os 
canos flutuariam livremente, criando um fluxo de água 
de 100 a 200 metros de profundidade para a superfície.
Uma das formas de vida que podem se beneficiar 
do uso dos oceanos é o salp, um micro-organismo que 
excreta carbono em fezes que se depositam no fundo 
do mar, talvez armazenando carbono lá, por milênios. 
Outra vantagem de diminuir a temperatura das águas na 
superfície em regiões como o Golfo do México poderia 
ser uma redução do número de furacões, que precisam 
de águas mais aquecidas para se formar.
Os canos no oceano podem estimular também o 
crescimento de micro-organismos que produzem 
sulfureto de dimetilo, uma substância que contribui 
para a formação de nuvens sobre o oceano, refle-
tindo a luz do sol para fora da superfície da Terra e 
ajudando na refrigeração do planeta.
BBC Brasil. (Adaptado.)
 Na reportagem original da BBC de Londres, o texto trazia 
os valores de temperatura originalmente escritos na 
escala Fahrenheit. Nessa escala, a variação de tempe-
ratura entre a água próxima à superfície e a água da 
profundidade que o extremo do cano atinge é, em wF:
a) 14,4 c) 45,0 e) 59,0
b) 25,2 d) 48,6
A relação entre a variação da temperatura em wF e a 
variação em wC é dada por: 5 9
SJ SJC F=
Para a variação de 27 wC, mostrada na figura, temos então:
5
7
9 5
2432 SJ ]F FSJ= = ` SJF 5 48,6 wF
Alternativa d.Ex
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