FÍSICA 2 - objetivo

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177FÍSICA
1. A Física e o cotidiano 
 O frio está na pele
 O ventilador acelera a evaporação de camadas 
su cessivas de suor na pele e, com isso, ocorre a retirada
de calor do corpo da pessoa.
Antes de iniciar seus estudos, reflita sobre as questões abaixo, forme suas opiniões e confronte-as com a teoria
apresentada em seguida. Suas ideias e sugestões são muito importantes para enriquecer nosso ensino e o seu
aprendizado.
Como as mudanças de estado estão presentes no dia a dia?
Por que o ventilador, apesar de movimentar o ar na mesma temperatura do ambiente abafado, causa a
sensação refrescante?
Qual a origem da água que se forma na superfície da garrafa do refrigerante gelado?
É possível associar a umidade do ar com a sensação climática agradável?
O Sol é o único responsável pelo aquecimento do solo e do subsolo?
É possível manter um sistema sob aquecimento de uma chama de 900°C e sua temperatura não se alterar?
Termologia
Módulo
9 – Mudanças de estado I
10 – Mudanças de estado II
11 – Mudanças de estado III
12 – Mudanças de estado IV – balanço energético
13 – Condução de calor
14 – Convecção térmica
15 – Radiação térmica
16 – Transmissão de calor – Aplicações
9
Palavras-chave:
Mudanças de estado I • Temperatura constante 
• Mudança de fase • Q = mL
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O “suor” da 
garrafa gelada 
 O vapor d’água pre sen te no ar
con densa-se na su perfície fria da
gar rafa e formam-se as gotí culas.
 
 O clima que sufoca: úmido ou seco?
 O vapor da sauna dificulta a evaporação do suor; na
sauna seca, a pressão de vapor é menor e o ambiente
fica mais agradável.
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2. A Física e o mundo
 Energia Geotérmica
 Os mineradores sa bem que a tem peratura da Terra aumenta com a profundidade. Medi das indicam que a ca da qui -
lô metro a tempera tura au menta, em mé dia, 30°C.
 A água a grandes profundidades en con tra-se a alta tem pera tu ra e pressão; por meio de falhas no terreno, a água
pode jorrar na for ma de jatos chamados de gêiser es.
 Na profundidade de 50km (1500°C), a rocha se funde e fica pastosa por causa da pressão de 15 atm.
 Nas regiões mais frágeis da crosta, a pasta cria frestas e a diminuição da pressão a torna mais fluida na superfície.
A erupção desses vulcões é acompanhada de terremotos.
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3. A Física experimental
 Aquecimento da água
 Vamos utilizar uma massa m de gelo a 0°C e va -
porizá-la comple ta men te. A sequência das transfor -
mações é repre sen tada acima.
 Considerando que não houve perdas, o calor
recebido pelo siste ma é: Qtotal = Q1 + Q2 + Q3
 Substituindo pelas fórmulas de calor sensível e calor
latente, te mos: 
Qtotal = (mLF)gelo + (mcΔθ)água + (mLV)água
 Na fórmula acima, LF e LV são, respectivamente, os
calores específicos latentes de fusão e de vaporização
da água em cal/g ou em J/kg.
4. A Física e a evolução de seus
conceitos
 Estados físicos da matéria
 A matéria pode apresentar-se nos estados sólido,
líquido e gasoso. Es tes estados se distinguem princi pal -
 men te pelas seguintes proprieda des:
Sólido. Líquido. 
Gasoso.
 Sólido: possui forma própria e vo lu me bem definido.
 Líquido: não possui forma pró pria; assume a forma
do recipiente que o contém, mas possui volume bem
definido.
 Gás (ou vapor): não possui for ma própria nem volu -
me definido. Toma a forma e o volume do reci pien te que
o contém.
 Observemos que em nosso es tudo estaremos re fe -
rindo-nos sempre a substâncias puras.
 Definições
 Fusão é a passagem de uma subs tância do estado
sólido para o es tado líquido.
 Solidificação é a passagem do estado líquido para o
estado só li do. É a transformação inversa da fu são.
 Vaporização é a passagem de uma substância do
estado líquido pa ra o estado gasoso.
 Liquefação ou condensa ção é a passagem do
estado ga so so para o estado líquido. É a trans formação
inversa da vaporização.
Gelo a
0°C
Água a 0°C Água a 100°C
Calor
sensível
Calor
latente
Calor
latente
Recebe
Q2
Recebe
Q1
Recebe
Q3
Vapor-d'água
a 100°C
Fusão Vaporização
Substância
calor latente cal
–––––––––––– �–––�de fusão g
calor latente cal
–––––––––––––– �–––�devaporização g
Água 80 540
Álcool 25 204
Alumínio 95 2500
Mercúrio 2,7 70
Chumbo 6,8 200
Cobre 65 1600
Estanho 14 460
O aço ao ser aquecido a altas tem -
peraturas sofre fusão, passando do
estado sólido para o estado líquido.
Aqui, o dióxido de carbono
(CO2) es tá sublimando, pas -
sando do esta do sólido para
o estado gasoso.
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180 FÍSICA
 Sublimação é a passagem da substância direta men -
te do estado só li do para o gasoso ou do estado gasoso
para o sólido.
 A experiência mostra que a fusão e a vaporização se
pro cessam sem pre com recebimento (absorção) de ca -
lor, sendo, pois, transformações en do térmicas. Já a
solidi fica ção e a li que fação se processam com des pren -
dimento (liberação) de calor, sen do, pois, transfor ma -
ções exo tér micas.
 Observemos que a quantidade de calor que um
corpo recebe ao fun dir-se é a mesma que ele cede ao
soli dificar-se (princípio da transfor mação inversa). Da
mesma forma, o que rece be ao vaporizar-se cede ao
liquefazer-se.
 Temperatura de mudança de estado
 A fusão e a solidificação de uma substância se
proces sam na mesma temperatura, chamada tempera -
tu ra (ou ponto) de fusão ou de so li dificação (θF). Por
exemplo, a água, sob pressão atmosférica nor mal, sem -
pre se funde e se solidifica a 0°C.
 A ebulição e a liquefação de uma substância se pro -
ces sam na mesma tem peratura, chamada tempera tu ra
(ou ponto) de ebulição ou de li que fação (θE). Por
exemplo, sob pres são atmosférica normal, a água en tra
em ebulição e se liquefaz a 100°C.
 Cálculo da quantidade de calor
latente
 Seja Q a quantidade de calor la tente necessária para
provocar uma dada mudança de estado na massa m de
uma substância, sem variação de temperatura.
 Verifica-se experimentalmente que Q é proporcional
à massa m, poden do-se, pois, escrever:
sendo L um coeficiente de propor cio nalidade chamado
calor especí fi co latente da referida mudança de es tado
da substância.
 Observemos que o calor especí fico latente de fusão
e de solidifi ca ção é o mesmo, porque a quanti dade de
calor que um corpo recebe para se fun dir é igual à que
cede ao soli dificar-se. Tal processo ocorre tam bém com
o calor específico latente de vapo rização e de liquefação. 
Q = m L
sólido fusão
solidificação
vaporização
liquefação
sublimação
sublimação
Q1
Q1
Q2
Q2
líquido
gasoso
� Um professor, ao apresentar os conceitos sobre “Mudanças de
estados físicos da matéria”, montou os seguintes “slides” para exibir
na tela do projetor multimídia:
Exercícios Resolvidos
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181FÍSICA
� (VUNESP-MODELO ENEM) – O ar-condicionado automo -
tivo fun ciona pela troca de temperatura do ambiente interno
pelo ex ter no, ao fazer a passagem do ar pela serpentina do eva -
porador. A refrigeração do sistema é possível devido às mu dan -
ças de estado do fluido refrige rante, que se encontra no esta do
líquido em alta pressão e no estado gasoso em baixa pressão.
Ao mudar do estado líquido para o gasoso (processo 1), o
refrigerante absorve calor do ar dentro do habitáculo,
superaquecendo o gás. De modo inverso, ao passar do estado
gasoso para o líquido (processo 2), o refrigerante perde calor na
parte externa do veículo.
(www.k2.arcondiconado.com.br. Adaptado.)
Os nomes das transformações dos processos 1 e 2 são,
respectivamente,
a) ebulição e solidificação. 
b) sublimação e vaporização.
c) vaporização e condensação. 
d) vaporização e sublimação.e) liquefação e condensação.
RESOLUÇÃO:
Processo 1
Mudar do estado líquido para o gasoso: vaporização.
Processo 2
Passar do estado gasoso para o líquido: condensação.
Resposta: C
Durante a aula para a turma da 2.a série do Ensino Médio, ele ouviu os
seguintes comentários dos alunos:
I) A fusão e a vaporização são processos endotérmicos.
II) A pressão define o ponto de ebulição e para derreter 10g de gelo
a 0°C são necessárias 800cal.
III) Os calores Q1, Q3 e Q5 são sensíveis, calculados pela fórmula 
Q = m c Δ�.
IV) O calor específico latente de vaporização da substância pura vale
Lv = 
Os comentários corretos são:
a) I, II e III, apenas. b) I, II e IV, apenas. 
c) II, III e IV, apenas. d) II e III, apenas. 
e) I, II, III e IV.
Resolução
I. Correta. A fusão e a vaporização recebem calor para ocorrer.
II. Correta. O aumento de pressão aumenta o ponto de ebu li ção. 
Q = m LF = (10g) (80cal/g) ⇒ 
 
III. Correta. Os calores Q1, Q3 e Q5 provocam variação de tempera -
tura sem ocorrer mudança de estado físico.
IV. Correta. O patamar da vaporização apresenta o calor Q4 = m LV.
Resposta: E
� (MODELO ENEM) – O calor específico latente de fusão do ferro
(64,4cal/g) é maior que o do chumbo (5,5cal/g). De acordo com o
modelo cinético molecular, essa diferença pode ser explicada
a) pela diferença na intensidade de energia potencial de interação
entre os átomos das substâncias.
b) pelo aumento da agitação das moléculas, durante a fusão sob
pressão constante, elevando a temperatura.
c) pela aproximação crescente das moléculas da substância no
processo de fusão.
d) pela maior força de atração entre os átomos de chumbo, no estado
sólido, no início da fusão.
e) pela maior facilidade dos átomos de ferro ganharem energia ciné -
tica para se afastarem e desagregarem os cristais.
Representação da rede cris ta lina em um plano em que se destaca a
ampliação de uma pequena área de uma chapa metálica. No es ta do só -
lido os átomos oscilam em posições definidas pelo cam po atrativo
formado por todas as partículas, confe rin do a elas uma energia poten -
cial.
Resolução
A interação entre os átomos de ferro é maior que a dos átomos de
chumbo. Assim, a energia para desagregar as partículas é maior no
ferro que no chumbo.
Durante a fusão, a temperatura perma nece constante e a distância
entre os átomos aumenta com o aquecimento.
Resposta: A
Q = 800cal
Q4
––––
m
Exercícios Propostos
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� (ETEC-SP-MODELO ENEM) – Uma atração turística da
Áustria é Salzburgo, cidade natal de Mozart, construída na
Antiguidade graças às minas de sal.
 Salzburgo significa “castelo do sal”, pois nessa cidade
está localizada a mina de sal mais antiga do mundo, em
atividade desde a Idade do Ferro (1000 a.C.).
 No passado, o sal era um importante e quase insubstituível
conservante alimentar e, além de cair bem ao nosso paladar,
ele é uma necessidade vital, pois, sem o sódio presente no sal,
o organismo seria incapaz de transmitir impulsos nervosos ou
mover músculos, entre eles o coração.
(Disponível em: <terra.com.br/turismo/roteiros/2000/11/10/009.htm >.
Acesso em: 16.08.2013. Adaptado.)
O sal também pode ser obtido da água do mar, processo que
ocorre em salinas.
Durante a obtenção de sal em uma salina,
a) a água sofre evaporação. 
b) a água sofre sublimação.
c) o sal sofre fusão.
d) a água e o sal sofrem sublimação.
e) a água e o sal sofrem solidificação. 
RESOLUÇÃO:
A passagem do estado líquido para o estado gasoso é chamada de
vaporização. Um dos processos de vaporização, que pode ocorrer
em qualquer temperatura, é a evaporação.
Resposta: A
� (COLÉGIO NAVAL-MODELO ENEM) – Analise a tabela a
se guir, considerando os pontos de fusão (PF) e ebulição (PE), a 
1 atm de pressão, das substâncias a seguir.
Sendo assim, é correto afirmar que, a 50 °C, encontram-se no
estado líquido:
a) cloro e flúor. b) cloro e iodo. 
c) flúor e bromo. d) bromo e mercúrio. 
e) mercúrio e iodo
RESOLUÇÃO:
I. A 50°C, o cloro está no estado gasoso.
II. A 50°C, o flúor está no estado gasoso.
III.A 50°C, o bromo está no estado líquido (ele vaporiza a 58,8°C).
IV.A 50°C, o mercúrio está no estado líquido (ele vaporiza a
356,6°C).
V. A 50°C, o iodo está no estado sólido (ele se funde a 113,5°C).
Resposta: D
� (IFRS-MODELO ENEM) – Após alguns anos de instabili da -
des climáticas, o inverno de 2013, no Rio Grande do Sul, carac -
terizou-se por um comportamento climático condizente com a
estação do ano. Nesse período, houve chuvas, temperaturas
baixas, geadas e, em algumas regiões, até neve, fenômenos que
embelezam a natureza e atraem muitos turistas para o estado,
proporcionando um grande desenvolvimento na economia. 
Sobre esses fenômenos climáticos, pode-se afirmar que, na
forma ção das geadas, há .................. da água, enquanto, no
derretimento da neve, há ................. da água.
a) condensação / liquefação b) fusão / solidificação
c) solidificação / condensação d) solidificação / fusão
e) solidificação / liquefação
RESOLUÇÃO:
Na formação de geada, a água líquida se transforma em água só -
lida, ocorrendo o processo de solidificação. Quando a neve derre -
te, a água sólida se transforma em água líquida, ocorrendo o
processo de fusão.
Resposta: D
Substância PF (°C) PE (°C)
Cloro – 101,0 – 34,6
Flúor – 219,6 – 188,1
Bromo – 7,2 58,8
Mercúrio – 38,8 356,6
Iodo + 113,5 184
182 FÍSICA
C2_2a_Fisica_Alelex_vermelho_2021.qxp 19/02/2021 19:40 Página 182
� (OBFEP-MODELO ENEM)
Diálogo entre o aluno Bisnaga e seu professor de Física
 Bisnaga foi correndo para a cantina matar a sua sede. No
colégio de Bisnaga não há bebedouros. A água para os alunos
fica em moringas, que a deixam mais fria que em uma jarra de
plástico ou de vidro. Quando estava bebendo água, o espírito
questionador de Bisnaga ficou intrigado: 
– Professor, você sabe por que a moringa deixa a água mais
fresca que as outras garrafas? 
– Bisnaga, é porque a moringa é feita de barro. E como você
sabe, o barro... 
Assinale a alternativa que completa, corretamente, o texto
anterior.
a) possui um maior calor específico sensível, absorvendo o
calor que deveria ser absorvido pela água.
b) possui uma menor condutividade térmica, isolando o calor
que vem do meio externo, deixando a água mais fria. 
c) é poroso, por isso permite que uma pequena fração da água
atravesse suas paredes, e ao evaporar absorva calor do
interior da moringa, diminuindo a temperatura da água. 
d) reflete na superfície todo o calor que recebe por radiação
vindo do meio externo.
e) é isolante térmico.
RESOLUÇÃO:
A água atravessa os poros da moringa de barro e vai evaporar-se,
retirando calor da água remanescente, que vai sofrer redução em
sua temperatura.
Resposta: C
� (OLÍMPIADA BRASILEIRA DE FÍSICA-ADAPTADO-
MODELO ENEM)
 – Um aluno pergunta ao professor Arquimedes:
 – Para onde vai o suor quando eu jogo futebol?
 – Ele vira vapor. Você sabia que esse é um dos
mecanismos que o corpo usa para não alterar muito a sua
temperatura mesmo quando está gerando mais calor que o
normal no caso de um grande esforço físico?
 – Não sabia, professor. Então, a temperatura do corpo
aumenta muito quando estamos jogando futebol?
 – Não, isso não acontece, porque o suor molha a superfície
da pele, absorve calor do corpo e vira vapor. Na realidade, a
vaporização de um grama de suor faz perder 540cal.
Entretanto, o calor também é perdido por condução para o ar,
que está sempre se renovando devido ao vento ou à
convecção dele, do próprio ar. Por exemplo, digamos que, em
uma partida de futebol, seu corpo libere 864kJ de calor.
Sabendo-se que, durante essa partida de futebol, 50% do calor
foi liberado pelo suor e usando 1cal = 4,0J, quantos gramas de
massa de suor foram vaporizadas nessa partida?
a) 100b) 200 c) 300 d) 400 e) 500
RESOLUÇÃO:
I. Q = 864kJ = 432kJ
II. 1g ............ 540cal = 2160J
 m ............ 432000J
 m = (g)
 
Resposta: B
1
–––
2
432000
––––––––
2160
m = 200g
183FÍSICA
C2_2a_Fisica_Alelex_vermelho_2021.qxp 19/02/2021 19:40 Página 183
� O ciclo da água é fundamental para a preser -
vação da vida no planeta. As condições climá -
ticas da Terra permitem que a água sofra
mudanças de fase e a compreensão dessas transformações é
fundamental para se entender o ciclo hidrológico. Numa des -
sas mudanças, a água ou a umidade da terra absorve o calor do
sol e dos arredores. Quando já foi absorvido calor suficiente,
algumas das moléculas do líquido podem ter energia
necessária para começar a subir para a atmosfera.
Disponível em: http://www.keroagua.blogspot.com. Aces so
em: 30 mar. 2009 (adaptado).
A transformação mencionada no texto é a
a) fusão. b) liquefação. c) evaporação.
d) solidificação. e) condensação.
RESOLUÇÃO:
A mudança de estado em questão é a transformação de água
líquida em água gasosa sem que a tempera tura seja a de ebulição
da água. O processo descrito é a evaporação da água.
Resposta: C
	 Em grandes metrópoles, devido a mudanças
na superfície terrestre – asfalto e concreto
em excesso, por exemplo – formam-se ilhas
de calor. A resposta da atmosfera a esse fenômeno é a
precipitação convectiva. Isso explica a violência das chuvas em
São Paulo, onde as ilhas de calor chegam a ter 2 a 3 graus
centígrados de diferença em relação ao seu entorno.
Revista Terra da Gente Ano 5. no 60. Abril 2009 (adaptado).
As características físicas, tanto do material como da estrutura
projetada de uma edificação, são a base para compreensão de
resposta daquela tecnologia construtiva em termos de con -
forto ambiental. Nas mesmas condições ambientais (tem pe -
ratura, umidade e pressão), uma quadra terá melhor conforto
térmico se
a) pavimentada com material de baixo calor específico, pois
quanto menor o calor específico de determinado material,
menor será a variação térmica sofrida pelo mesmo ao
receber determinada quantidade de calor.
b) pavimentada com material de baixa capacidade térmica,
pois quanto menor a capacidade térmica de determinada
estrutura, menor será a variação térmica sofrida por ela ao
receber determinada quantidade de calor.
c) pavimentada com material de alta capacidade térmica, pois
quanto maior a capacidade térmica de determinada
estrutura, menor será a variação térmica sofrida por ela ao
receber determinada quantidade de calor.
d) possuir um sistema de vaporização, pois ambientes mais
úmidos permitem uma mudança de temperatura lenta, já
que o vapor d’água possui a capacidade de armazenar calor
sem grandes alterações térmicas, devido ao baixo calor
específico da água (em relação à madeira, por exemplo).
e) possuir um sistema de sucção do vapor d'água, pois am -
bien tes mais secos permitem uma mudança de tempera -
tura lenta, já que o vapor d'água possui a capacidade de
armazenar calor sem grandes alterações térmicas, devido
ao baixo calor específico da água (em relação à madeira, por
exemplo).
RESOLUÇÃO:
a) Falsa. Da relação Q = mc Δθ verificamos que quanto menor o
calor específico sensível c maior será a variação de temperatura
Δθ ao receber uma dada quantidade de calor.
b) Falsa. Da relação Q = C Δθ verificamos que quanto menor a
capacidade térmica C maior será a variação de temperatura ao
receber uma dada quantidade de calor.
c) verdadeira. Da relação Q = C Δθ verificamos que quanto maior
for a capacidade térmica C menor será a variação de tempera -
tura ao receber uma dada quantidade de calor.
d) e e) Falsas. O calor específico sensível da água é muito eleva do.
Resposta: C
184 FÍSICA
C2_2a_Fisica_Alelex_vermelho_2021.qxp 19/02/2021 19:40 Página 184
185FÍSICA
1. A Física e o cotidiano
 Mágica da geladeira: 
a bebida congela no toque das mãos
 Primeiramente, a bebida não congela quando a toca -
mos, mas sim quando abrimos a garrafa.
 A bebida é uma mistura cujo maior constituinte é a
água. As demais substâncias presentes na solução fa -
zem com que o arranjo molecular da água fique desor -
denado; isso provoca uma modificação no ponto de soli -
di ficação dela.
 Isso acontece porque o processo de resfriamento da
bebida no congelador ocorre lentamente e sem grandes
perturbações mecânicas. Dessa maneira, a bebida atin -
ge uma temperatura abaixo do seu ponto de solidi fi -
cação sem se solidificar (este fenômeno é denominado
sobre fusão ou superfusão).
 Além disso, não podemos esquecer que o líquido no
interior da garrafa fica submetido a uma pressão maior
que a pressão atmosférica, o que faz com que seu ponto
de solidificação abaixe. 
 Quando abrimos a garrafa, a pressão no seu interior
iguala-se à pressão atmosférica e consequentemente o
ponto de solidificação volta ao seu valor original. Como a
bebida se encontra com uma temperatura abaixo do seu
ponto de solidificação, ela congela.
A água, em estado de sobrefusão, também se congela imediatamente,
tal como a cerveja ou o refrigerante ao saírem da garrafa.
 Não podemos esquecer também que a bebida con -
tém gás carbônico, que promove o rebaixamento crios -
cópico, ou seja, a presença do gás carbônico (e outras
substâncias) na bebida faz com que o líquido se congele
a uma temperatura mais baixa. No momento em que
abrimos a garrafa, além do rebaixamento da pressão, há
ainda a perda de grande quantidade de gás carbônico.
Isso eleva o ponto de congelamento e, às vezes, obser -
vamos que o primeiro copo recebe bebida líquida e do
segundo em diante, a bebida congela fora da garrafa,
justamente pela maior perda de gás carbônico.
 Então, o que fazer para que a
bebida não congele ao sair do
congelador?
 O estado de sobrefusão é muito instável e, por isso,
qualquer mudança provoca a solidificação abrupta do
líquido. Uma maneira de evitar que isso aconteça é se -
gurar a garrafa pelo gargalo, pois o calor da mão também
contribui para alterar o equilíbrio instável da bebida.
 É por essa razão que garçons experientes seguram a
garrafa de bebida pelo gargalo, onde a quantidade de lí qui -
do é mínima, para evitar que ela seja servida conge lada.
 A neve é bonita, mas causa
problemas
 O fato de a água aumentar de volume ao passar do
estado líquido para o sólido provoca, nos países frios, a
ruptura das instalações hidráulicas, dos radiadores de
automóvel e das estradas pavimentadas. Medidas pre -
ven tivas são tomadas, colocando-se os canos a uma
certa profundidade, servindo a terra que se lhes sobre -
põe de isolante térmico; nas águas dos radiadores,
colocam-se substâncias especiais que abaixam bastante
o ponto de solidificação da água.
Antes de iniciar seus estudos, reflita sobre as questões abaixo, forme suas opiniões e confronte-as com a teoria
apresentada em seguida. Suas ideias e sugestões são muito importantes para enriquecer nosso ensino e o seu
aprendizado.
Por que a bebida, às vezes, congela quando a tocamos, ao abrir a garrafa? 
Que problemas o congelamento da água pode produzir na vida urbana dos locais de invernos rigorosos?
Que aplicações tecnológicas você pensaria para a dilatação anômala de alguns materiais, como a água e o
antimônio?
Como cozinhar macarrão no Monte Everest?
10
Palavras-chave:
Mudanças de estado II Pressão • Altitude • Aumento daaltitude, diminuição da pressão e
do ponto de ebulição
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A dilatação da água do refrigerante no congelador provoca o
rompimento do lacre metálico da lata.
 Levantando prédios e apertando
letras
 Um exemplo marcante é a recolocação no lugar de
um muro de arrimo ou da estaca de um prédio. Isso se
faz orientando-se os esforços decorrentes da conge -
lação, de modo a funcionar como um “macaco”, per -
mitindo o refor ço da fundação do prédio. 
O congelamento da água foi pensado para amenizaros problemas de
fundação dos prédios tortos de Santos e da Torre de Pisa. 
 Outra aplicação é o uso de antimônio na confecção
de tipos metálicos de imprensa, nos quais a variação de
volume do antimônio com a temperatura compensa a de
outros metais, de modo a manter o tamanho dos tipos
constante.
2. A Física e o mundo
 Influência da altitude na variação do
ponto de ebulição
A temperatura de ebulição de um líquido depende da pressão. Quanto
maior a altitude, menor é a pressão e menor é a temperatura de ebulição.
3. A Física experimental
 No Rio de Janeiro (no nível do mar), uma certa quan -
ti dade de feijão demora 40 minutos em água fervente
para ficar pronta. A tabela a seguir fornece o valor da
temperatura de fervura da água em função da pressão
atmosférica, enquanto o gráfico fornece o tempo de
cozimento dessa quantidade de feijão em função da
temperatura. A pressão atmosférica no nível do mar vale
760mm de mercúrio e ela diminui 10mm de mercúrio
para cada 100m de altitude.
75°C
87°C
90°C
96°C
98°C
100°C
Monte Everest
La Paz
Quito
Brasília
São Paulo
Recife
Mar
186 FÍSICA
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187FÍSICA
 Com base nessas informações, é possível concluir que:
 I. No Mar Morto, que se encontra a 400m abaixo do
nível do mar, a pressão seria de 800mm de Hg (760 + 40)
que, na tabela, corresponde a 102°C e a um tempo de 30
minutos de cozimento no gráfico.
 II. Num local a 800m de altitude, a pressão é de
680mmHg (760 – 80), a temperatura de ebulição vale
97°C e o tempo de cozimento, 60 min.
 III. Uma panela de pressão, cuja válvula mantém a pres -
são interna a 1,37 atm (1,37 atm = 1,37 . 760 � 1040mm Hg),
cozinha o feijão a 110°C em cerca de 12 minutos.
4. A Física e a evolução de seus
conceitos
 Leis gerais das mudanças de estado
 Para substâncias puras, as mu danças de estado
obede cem às seguintes leis:
 Essa lei nos permite concluir que enquanto há mu -
dan ça de estado não há variação de temperatura e,
conse quentemente, enquanto há variação de tempe -
ratura não há mudança de estado. Ou seja, a mudança
de es ta do e a variação de temperatura ja mais ocorrem
simultaneamente se a pres são se mantiver invariável.
 Essa lei nos ensina que as tempe raturas de fusão
(θF) e de ebulição (θE), numa dada pressão, são carac te -
rísticas das substâncias.
 Por exemplo, sob pressão nor mal, temos:
 água: θF = 0°C e θE = 100°C
 álcool: θF = –114°C e θE = 78°C
 mercúrio: θF = –39°C e θE = 357°C
 oxigênio: θF = –218°C e θE = –183°C
 Por exemplo, em Santos, onde a pressão atmos -
férica é normal, a água ferve a 100°C. Em São Paulo,
onde a pressão atmosférica é da ordem de 700mm de
Hg, a água ferve a 98°C, aproximadamente. Em Brasília,
que se encontra a 1152m de altitude, a água entra em
ebulição a 96°C. No Monte Everest, a 8882m de altitude,
a água ferve a 75°C.
Temperatura de fervura da água em função da pressão
Pressão
em mm de Hg
Temperatura
em °C
94 95 97 98 100 102 103 105 106 108 109 110
600 640 680 720 760 800 840 880 920 960 10001040
Tempo de cozimento temperaturaversus
160
140
T
e
m
p
o
 d
e
 c
o
z
im
e
n
to
 (
m
in
)
120
100
80
60
40
20
0
90 92 94 96 98
Temperatura ( C)
100 104 106 108 110 112102
1.a LEI
“Se durante uma mudança de estado a pressão se
man ti ver constante, a temperatura tam bém
permanecerá cons tan te.”
2.a LEI
“Para uma dada pressão, ca da substância pura
tem fixa a sua temperatura de fusão (ou de soli difi -
cação) e a sua tem pera tu ra de ebulição (ou de li -
que fação).”
3.a LEI
“Variando a pressão, as tem peraturas de fusão e
de ebu lição também variam.”
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188 FÍSICA
� O modelo cinético molecular consolidou-se para explicar a
estrutura da matéria e suas transformações. Considere as situações a
seguir para analisar o comportamento térmico de um fio cilíndrico de
alumínio de 10cm de comprimento, área da seção transversal circular
de 1,0cm2 e massa de 27g a 20°C.
Os átomos de alumínio apre sentam estrutura cristalina e as sociamos a
eles uma ener gia cinética de agitação e ou tra potencial, que assegura
a or ga nização da posição de ca da um deles.
I. Ao ser aquecido entre 20°C e 30°C, o volume aumenta 0,007cm3,
para favorecer a agitação maior dos átomos depois de receber
54cal, sem ocorrer mudança de estado físico.
 Determine o calor espe cí fi co sensível do alumínio só li do.
II. A 660°C, as moléculas passam a separar-se, formando planos de
átomos que podem escorregar um em relação ao outro. O metal
passa completamente para o estado líquido depois de receber
2160cal, sem alterar a tem peratura.
No escoamento laminar, os planos escorregam uns sobre os outros e
explicam a incompressibilidade do estado líquido.
Determine o calor específico latente de fusão do alumínio.
III. A 2520°C, as moléculas rompem todas as interações atrativas e
os planos atômicos do estado líquido se desfazem para atingir o
estado de vapor, depois de receber 54000cal.
No estado gasoso, devido à grande distância entre os átomos, a inte -
ração é, em média, desprezível, e, por isso, não conservam estáveis
nem forma nem volume.
Determine o calor específico latente de vaporização do alumínio.
Resolução
I) Cálculo do calor específico sensível para o estado sólido (c)
 Q = mcΔθ ⇒ c = = ⇒ 
II) Cálculo do calor específico latente de fusão (LF)
 Q = mLF ⇒ LF = = ⇒ 
III) Cálculo do calor específico latente de vaporização (LV)
 Q = mLV ⇒ LV = = ⇒ 
� A tabela a seguir registra a pressão atmos férica em
dife ren tes altitudes, e o gráfico re laciona a pressão
de vapor da água em função da temperatura.
Um líquido, num frasco aberto, entra em ebu lição a par tir do momento
em que a sua pres são de vapor se iguala à pressão atmosférica.
Assinale a opção correta, considerando a tabela, o gráfico e os dados
apresen ta dos, sobre as seguintes cidades:
A temperatura de ebulição será
a) maior em Campos do Jordão. 
b) menor em Natal.
c) menor no Pico da Neblina. 
d) igual em Campos do Jordão e Natal.
e) não dependerá da altitude.
Q
–––––
m.Δθ
54
––––––
27 . 10
cal�––––�g°C c = 0,20cal/g°C
Q
–––
m
2160
–––––
27
cal�––––�g LF = 80cal/g
Q
–––
m
54000 cal
––––––––––
27g
LV = 2000cal/g
Natal (RN) nível do mar
Campos do Jordão (SP) altitude 1628 m
Pico da Neblina (RR) altitude 3014 m
Altitude (km) Pressão atmosférica (mm Hg)
0 760
1 600
2 480
4 300
6 170
8 120
10 100
Exercícios Resolvidos
C2_2a_Fisica_Alelex_vermelho_2021.qxp 19/02/2021 19:40 Página 188
189FÍSICA
Texto para as questões de � a �.
Podemos conhecer melhor uma substância por meio de seu diagra ma de fases, que são curvas que delimitam as regiões corres -
pondentes às fases sólida, líquida e gasosa da substância. A figura abaixo mostra o diagrama de fases da água, líquido vital aos seres
vivos e que é estudado universalmente. 
 
Analise o diagrama de fases mos trado e assinale, nas afirmativas, V (para verdadeiro) ou F (para falso). Justifique suas respostas com
base nas informações do diagrama apresentado.
� ( ) Sob pressão de 4,58 mmHg e à temperatura de 0,01°C, há a coexistência das três fases da água em equilíbrio: sólida, líquida
e gasosa. Esse ponto é o ponto triplo da água.
Uso do termômetro a gás para a medida do ponto triplo da água.
RESOLUÇÃO:
Verdadeira. A pressão de 4,58 mmHg e a tempera tura de 0,01°C correspondem ao ponto T (ponto triplo) do sis te ma, no qual podemos
encontrar a água nos estados sólido (ge lo), líquido (água) e gasoso (vapor d’água) em equilíbrio.
Nota: O gráfico apresentado não
foi feito em escala correta
Exercícios Propostos
Resolução 
Em um frasco aberto, um líquido entra em ebulição quando a sua pressão de vapor se igua la à pressão at mosférica. Au mentando a altitude, a pressão
atmosféri ca diminui e, consequen temente, a temperatura de ebu lição diminui. 
Esquematizando, temos: 
T1: temperatura de ebulição do líquido em Natal
T2: temperatura de ebulição do líquido em Campos do Jordão
T3: temperatura de ebulição do líquido no Pico da Ne blina
 T1 > T2 > T3
A temperatura de ebulição do líquido será menor no Pico da Neblina.
Resposta: C
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190 FÍSICA
� ( ) A curva AT do diagrama é a curva de sublimação, cujos pontos representam os estados de equilíbrio entre as fases sólida
e líquida.
Sublimação e ressublimação: passagem do sólido para o gasoso e gasoso para o sólido.
 Sublimação do gelo seco (CO2). Sublimação do iodo.
RESOLUÇÃO:
Falsa. A curva AT é a curva da sublimação. No entanto, essa curva separa as regiões de sólido e vapor. A curva que separa sólido e líqui -
do é a curva TB.
� ( ) À pressão de 2,51 mmHg e à temperatura ambiente de 20°C, o diagrama mostra que a água está no estado de vapor.
RESOLUÇÃO:
Verdadeira. Procurando no gráfico o ponto corres pondente à pressão de 2,51 mmHg e à temperatura de 20°C, observamos que esse ponto
está na região de vapor.
� ( ) A curva TB do diagrama mostra que a fusão é facilitada pelo aumento de pressão.
RESOLUÇÃO:
Verdadeira. A curva TB, que representa a passagem sóli do-lí quido (fusão) ou líquido-sólido (solidificação), mostra que o aumento da pres -
são corresponde a uma diminuição na temperatura de fusão-soli dificação. Por tan to, o au mento da pressão facilita a fusão dessa subs -
tância (água).
 Vapor → T < Tc → a água se condensa por compressão isotérmica.
 Gás → T > Tc → a água não se condensa por compres são isotérmica.
 A temperatura de ponto crítico Tc é a referência para diferenciar gases de vapores.
C2_2a_Fisica_Alelex_vermelho_2021.qxp 19/02/2021 19:40 Página 190
� (CEFET-SC) – Considere os trechos abaixo, uma pergunta
de uma leitora ao químico Robert Wolke e a resposta deste:
Pergunta: “Meu marido, minha filha e eu vamos voltar a La
Paz, Bolívia, para adotar outro bebê. Por causa da altitude
elevada, a água fervente pode levar horas para cozinhar as
coisas. Há alguma regra geral a respeito de quanto tempo leva
para cozinhar alguma coisa em altitudes diversas? E ferver as
mamadeiras a essa altitude mata os micróbios?”
La Paz.
Esterilizador de mamadeiras.
Monte Everest (8848m).
Resposta: “A altitude de La Paz vai de 3250m a 4000m acima
do nível do mar...” “Então, a 4000m, a água vai ferver a 86°C.
Temperaturas acima de 74°C são consideradas suficientes para
matar a maior parte dos micróbios...”
(In WOLKE, R. L. O que Einstein disse a seu cozinheiro: a ciência na
cozinha. Rio de Janeiro: J. Zahar, 2002.)
a) Com base nas informações contidas no texto e consi deran -
do-se que, no nível do mar, a água pura entra em ebulição a
uma temperatura de 100°C, qual a variação da temperatura
de ebulição da água para uma altitude de 300m acima do
nível do mar?
b) Estime a partir de qual altitude a esterilização da mamadeira
fica comprometida.
RESOLUÇÃO:
a) Usando-se a proporcionalidade entre as duas grandezas,
temos:
 4000m → (100 – 86) (°C)
 300m → ��C
 Assim:
 
��C = (°C)
 
b) Para cada 300m, ocorre uma diminuição de cerca de 1,0°C na
temperatura de ebulição da água. Assim, na redução de 100°C
para 74°C, há uma diferença de 26°C.
 1,0°C ––––––– 300m
 26°C ––––––– H
 H =
 
Respostas:a) 1,05°C
 b) 7800m
Nota: Admitir que o módulo da variação de tem pera -
tura de ebulição da água é proporcional à altitude do
lugar.
300 . 14
––––––––
4000
��C = 1,05°C
26°C . 300m
–––––––––––
1,0°C
H = 7800m
191FÍSICA
C2_2a_Fisica_Alelex_vermelho_2021.qxp 19/02/2021 19:40 Página 191
192 FÍSICA
� Em nosso cotidiano, utilizamos as palavras
“ca lor” 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 significados, no entanto, não conseguem expli -
car diversas situações que podem ser verificadas na prática.
Do ponto de vista científico, que situação prática mostra a
limitação dos conceitos corriqueiros de calor e tem peratura?
a) A temperatura da água pode ficar constante durante 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 aumentar 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 temperatura do que a dele.
RESOLUÇÃO:
Quando, durante o processo de ebulição, a água recebe calor e
sua temperatura permanece constante, fica evidenciada a falha
do modelo apresentado em que a temperatura mede a
quantidade de calor do corpo.
Resposta: A
� A água apresenta propriedades físico-quí -
micas que a coloca em posição de destaque
como substância essencial à vida. Dentre
essas, destacam-se as propriedades térmicas biologicamente
muito importantes, por exemplo, o elevado valor de calor
latente de vaporização. Esse calor latente refere-se à
quantidade de calor que deve ser adicionada a um líquido em
seu ponto de ebulição, por unidade de massa, para convertê-lo
em vapor na mesma temperatura, que no caso da água é igual
a 540 calorias por grama.
A propriedade físico-química mencionada no texto con fere à
água a capacidade de
a) servir como doador de elétrons no processo de fotos -
síntese.
b) funcionar como regulador térmico para os organismos
vivos.
c) agir como solvente universal nos tecidos animais e
vegetais.
d) transportar os íons de ferro e magnésio nos tecidos
vegetais.
e) funcionar como mantenedora do metabolismo nos
organismos vivos.
RESOLUÇÃO:
O elevado calor latente específico de vaporização da água é um
regulador térmico para os organismos vivos.
Por exemplo, quando o suor se evapora é retirado calor de nosso
corpo, melhorando a sensação térmica.
Resposdta: B
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193FÍSICA
1. A Física e o cotidiano
 Ao congelarmos a água, é necessário levá-la até 0°C, para depois iniciarmos a solidificação dela nessa temperatura
e, finalmente, resfriá-la para o equilíbrio térmico com o congelador.
Q = (mc��)água + (mL) + (mc��)gelo
Antes de iniciar seus estudos, reflita sobre as questões abaixo, forme suas opiniões e confronte-as com a
teoria apresentada em seguida. Suas ideias e sugestões são muito importantes para enriquecer nosso
ensino e o seu aprendizado.
Todos os planetas apresentam ciclos da água iguais aos da Terra?
O que é a chuva supergelada?
11
Palavras-chave:
Mudanças de estado III • Calor trocado 
• Dois efeitos • Q = Pot . �t
C2_2a_Fisica_Alelex_vermelho_2021.qxp 19/02/2021 19:40 Página 193
194 FÍSICA
2. A Física e o mundo
 Fusões, vaporizações, solidificações, condensações e sublimações: seus efeitos
ambientais e tecnológicos
EVAPORAÇÃO DAS ÁGUAS
, EDE MARES RIOS LAGOS
CONDENSAÇÃO
NAS NUVENS
O CICLO DA ÁGUA
PRECIPITAÇÃO
DA ÁGUA NA
ÁREA NA FORMA
,DE CHUVA
NEVE OU
GRANIZO
O ciclo da água na Ter ra é fundamental para a ma -
 nutenção da vida, para a agroin dústria, para a geração de
energia elétrica e para a nave gação.
 
No planeta Marte, a baixa
pressão atmosfé rica per -
mite a existência da água
apenas na forma de vapor
ou de gelo. Assim, ocorre
apenas a sublimação no
ciclo da água marciana.
 Além do granizo...
 A sobrefusão ou superfusão consiste em resfriar um
líquido abaixo da sua temperatura de solidificação sem
que ele passe para o estado sólido. Ela é explicada ad mi -
tindo queo líquido superfundido se encontre em um es -
ta do de equilíbrio dito metaestável (instável). Esta expli -
cação é justificada pelo fato de qualquer pertur bação
produzir a solidificação do líquido sobrefundido. Quando
colocamos, em um líquido superfundido, um pequeno
cristal da substância, este serve de núcleo e provoca a
solidificação de toda a substância. Uma per turbação me -
câ nica (por exemplo, agitação) em um líqui do superfun -
dido também pode provocar a solidi ficação. Quando um
líquido superfundido se solidifica, a sua tem peratura
aumenta até atingir a temperatura de solidificação. 
 É este o estado que acomete a “chuva supergela -
da”: ela começa como neve e durante sua queda passa
por um bolsão de ar acima da temperatura de congela -
mento da água, fazendo com que ela se liquefaça, para
em seguida passar por outro bolsão de ar, desta vez a
uma temperatura muito inferior à necessária para seu
congelamento, mas sem que isso, entretanto, ocorra. O
fato é que uma gota de chuva supergelada pode atingir
o chão a temperaturas de até –20°C.
Marte.
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195FÍSICA
 E quando ela toca qualquer coisa, imediatamente transforma-se em gelo, podendo resultar em grandes desastres,
pois cria camadas e mais camadas de gelo gerando um peso muito maior do que o previsto para a estrutura. Um
exemplo de acidente que pode ocorrer é a derrubada de linhas de transmissão de energia elétrica.
 Abaixo, o resultado deste tipo de chuva, que caiu recentemente na China.
3. A Física e o laboratório
 Aquecimento da água
 Vamos utilizar uma massa m de gelo a –20°C e aquecê-la até 120°C, por exemplo. A sequência das trans formações
é representada no esque ma a seguir:
 Considerando que não houve perdas, o calor total recebido pelo sistema é
dado por:
Qtotal = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5
 em que, substituindo pelas fórmulas de calor sensível e calor latente, temos:
Qtotal = (m c Δθ)gelo + (m LF)gelo + (m c Δθ)água + (m LV)água + (m c Δθ)vapor
 Graficamente, o aquecimento do gelo é representado pelo diagrama ao lado.
 É possível relacionar a situação descrita na página anterior com o tempo de aquecimento. Se a potência (Pot) da
fonte térmica for constante, podemos construir a curva de aquecimento da seguinte maneira.
4. A Física e a evolução de seus conceitos
 Curvas de aquecimento e de resfriamento
 São as curvas que se obtêm cons truindo num dia grama cartesia no o grá fico da temperatura de um corpo em
função da quantidade de calor trocada (recebida ou cedida) por ele.
Qtotal Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
Pot = ––––––– = ––––– = ––––– = ––––– = ––––– = –––––
Δttotal Δt1 Δt2 Δt3 Δt4 Δt5
Q Pot Δt
joule (J) watt (W) segundo (s)
cal cal/min min
C2_2a_Fisica_Alelex_vermelho_2021.qxp 19/02/2021 19:40 Página 195
 Consideremos, por exemplo, um corpo de massa m
de uma subs tân cia cujas temperaturas de fusão e de
ebulição são, respectivamente, θF e θE. Seja θ1 (θ1 < θF)
a temperatura inicial deste corpo. Como θ1 < θF, con cluí -
mos que inicialmente o corpo se en contra no estado
sólido (ponto A). For necendo-se calor ao corpo, ele se
aque ce, mantendo-se sólido até a tem peratura de fusão
(ponto B). A par tir daí, à medida que continua rece bendo
calor, o corpo se funde e a sua temperatura se mantém
cons tante (pa tamar BC).
 Só depois de totalmente fundido (ponto C) é que o
corpo (agora no estado líquido) vai aquecer-se, per ma -
necendo líquido até a tem peratura de ebulição (ponto D).
Durante a ebu lição a temperatura se mantém cons tante
(patamar DE) e só após com ple tada a vaporização (ponto
E) é que o vapor vai aquecer-se (trecho EF) até θ2.
 É sempre bom lembrar que essa curva com pa ta -
 mares só ocorre para substâncias puras. Para as demais
substâncias, há rampas no lugar dos pata mares.
 As quantidades de calor recebi das pelo corpo para o
aquecimento po dem ser assim calculadas:
 A curva de resfriamento é obtida de maneira aná -
loga, bastando consi derar as transformações inversas
da que las que aparecem na curva do aquecimento.
 Lembre-se de que LF (calor es pe cífico latente de fu -
são) e LS (calor es pe cí fico latente de solidificação) são
iguais em valor absoluto, porém de sinais opostos. Assim:
 O mesmo ocorre com LV (calor específico latente de
vaporização) e LL (calor específico latente de lique fação),
valendo:
 Q1 = m csólido (θF – θ1) Q2 = m LF
 Q3 = m clíquido (θE – θF) Q4 = m LV
 Q5 = m cvapor (θ2 – θE)
LF = –LS
LV = –LL
196 FÍSICA
� (UFPR-MODELO ENEM) – O gráfico abaixo, obtido expe ri men tal -
mente, mostra a curva de aquecimento que relaciona a temperatura de
uma certa massa de um líquido em função da quantidade de calor a ele
fornecido.
Sabemos que, por meio de gráficos desse tipo, é possível obter os
valores do calor específico sensível e do calor latente específico das
substâncias estudadas. Assinale a alternativa que fornece correta -
mente o intervalo em que se pode obter o valor do calor específico
latente de vaporiza ção desse líquido.
a) AB b) BD c) DE d) CD e) EF
Resolução
A vaporização ocorre a uma temperatura mais elevada que a fusão e
necessita de mais calor, pois, além de desagregar as partículas do
líquido, estas devem ganhar energia cinética para difundirem-se na
atmosfera.
O intervalo que reúne estas características e que permite o cálculo do 
calor específico latente �LV = � de vaporização é o patamar DE.
Resposta: C
� Um litro de água é vaporizado a partir de 20°C sob pressão normal.
A massa de gás natural, em gramas, a ser queimada para a trans -
formação total da água em vapor a 100°C, com dissipação de 30% do
calor para a atmosfera, vale, aproximadamente:
a) 9,5 b) 52 c) 64 d) 68 e) 74
QV–––
m
Note e adote
Calor específico sensível da água: 1,0cal/g°C
Calor específico latente de vaporização da água: 540cal/g
Calor de combustão do gás: 12000cal/g
Densidade da água: 1,0g/cm3
Exercícios Resolvidos
C2_2a_Fisica_Alelex_vermelho_2021.qxp 19/02/2021 19:40 Página 196
197FÍSICA
Resolução
= +
0,70 Qgás = Qágua + Qvaporização
0,70m . Qcombustão = (mcΔθ)água + (mL)vaporização
0,70.m.12000(cal/g)=(1000g).(1,0cal/g°C) (100°C – 20°C)+(1000g).(540cal/g) 
8400m = 80000 + 540000
8400m = 620000
m = (g)
m � 73,8g
Resposta: E
� Na natureza, a água, por meio de processos físicos,
passa pelas fases líquida, gasosa e sólida
perfazendo o ciclo hidrológico. A distribuição da
água na Terra é condicionada por esse ciclo, e as mudanças na
temperatura do planeta poderão influenciar as proporções de água nas
diferentes fases desse ciclo. O diagrama a seguir mostra as trans -
formações de fase pelas quais a água passa, ao ser aquecida com o
fornecimento de energia a uma taxa constante. 
Considerando-se o diagrama de mudanças de fases da água e sa ben -
do-se que os calores latentes específicos de fusão e de vaporização da
água valem, respectivamente, 80 cal/g e 540 cal/g, conclui-se que
a) a temperatura da água permanece constante durante os processos
de mudança de fase.
b) a energia necessária para fundir 10 g de gelo é maior que a
necessária para evaporar a mesma massa de água.
c) a água, para mudar de fase, libera energia a uma taxa de 540 cal/g
quando a temperatura aumenta de 0°C até 100°C.
d) a temperatura da água varia proporcionalmente à energia que ela
recebe, ou seja, 80 cal/g durante o processo de fusão.
e) a temperatura da água varia durante o processo de vaporização
porque ela está recebendo uma quantidade de energia constante.
Resolução
a) Verdadeira. Mantida a pressão constante, durante as mudanças de
estado (fusão e vaporização), a temperatura da água não se altera.
b) Falsa. O calor latente específico de vaporização (540 cal/g) é maior
que o de fusão (80 cal/g).
c) Falsa. Durante a mudança de fase, a temperatura não se alterae a
água recebe 540 cal/g para vaporizar.
d) Falsa. Durante a fusão, a temperatura não se altera.
e) Falsa. Durante a vaporização, a temperatura não se altera.
Resposta: A
70% da queima 
da massa m de
gás (12 000cal/g)
Calor para aquecer 
1,0� de água 
(1,0g/cm3 e
1,0cal/g°C) 
entre 20°C e 100°C
Calor para 
vaporizar 1,0� 
de água a 100°C
(540cal/g)
620000
––––––––
8400
m � 74g
� Calcule a quantidade de calor necessária e suficiente que
deve ser fornecida a 40g de água que se encontram
inicialmente a 20°C, para que, no final, tenhamos 40g de vapor
de água a 100°C.
RESOLUÇÃO:
Aquecimento da água:
Q1 = mc��
Q1 = 40 . 1,0 . (100 – 20)(cal)
Q1 = 3,2 . 10
3 cal
Vaporização da água:
Q2 = mLv
Q2 = 40 . 540 (cal)
Q2 = 21,6 . 10
3 cal
Total:
Q = Q1 + Q2
Resposta: Q = 24,8 kcalDados: Lvaporização = 540cal/g e cágua = 1,0 cal/g°C
Q = 24,8 . 103 cal
Exercícios Propostos
C2_2a_Fisica_Alelex_vermelho_2021.qxp 19/02/2021 19:40 Página 197
198 FÍSICA
� Uma fonte térmica de potência constante gasta 10min para
aquecer 50g de água de 0°C até 20°C. Qual é o intervalo de tempo que
essa mesma fonte irá demorar para fundir 10g de gelo que se
encontram na temperatura de fusão?
RESOLUÇÃO:
Pot1 = Pot2
= 
= 
= 
= 
Resposta: �t2 = 8,0 min
� (VUNESP-MODELO ENEM) – Desejando uma segunda
opinião, o médico legista, após remover o cérebro de um
crânio, mediu sua massa, que era de 1,6 kg, envolvendo-o em
um saco plástico e em seguida colocou-o em uma caixa
térmica contendo 2,0 kg de gelo à temperatura de 0°C. A caixa
térmica foi então enviada para o segundo médico legista, longe
dali. Ao recebê-la, o segundo médico constatou a presença de
100 g de água no interior da caixa, obtidas do derretimento de
parte do gelo em função do calor cedido pelo cérebro até que
se estabelecesse o equilíbrio térmico. 
Considerando-se que a caixa térmica era ideal e que o ar e o
plástico não participaram das trocas de calor, a temperatura do
cérebro, no mo men to em que foi colocado dentro da caixa, em
graus Celsius, era de:
a) 3,0 b) 5,0 c) 8,0 d) 10,0 e) 12,0
RESOLUÇÃO:
I. QL = mLF = 100 . 80 cal = 8000 cal
II. Q = mc��
 8000 = 1600 . 1,0 . (� – 0)
 
Resposta: B
Dados: Lfusão = 80 cal/g e cágua = 1,0 cal/g°C
Q1
–––––
�t1
Q2
–––––
�t2
m1c1��
–––––––––
�t1
mL
–––––
�t2
50 . 1,0 . (20 – 0)
––––––––––––––––
10
10 . 80
–––––––
�t2
�t2 = 8,0 min
Dados: Calor específico sensível do cérebro = 1,0 cal/(g.°C) 
 Calor latente específico de fusão do gelo = 80 cal/g
 Pressão atmosférica = 1,0 . 105 Pa
� = 5,0°C
10 . 80
–––––––
�t2
50 . 20
–––––––
10
C2_2a_Fisica_Alelex_vermelho_2021.qxp 19/02/2021 19:40 Página 198
� (OBFEP-MODELO ENEM) – A chama de uma boca de
fogão é o gás butano incan descen do aquecido pela sua
combustão. Toda incan descência emite muito mais luz
(radiação) invisível do que a luz visível. A luz invisível é
facilmente absorvida em forma de calor. Digamos que uma
boca de fogão acesa está fornecendo energia a uma
quantidade de água a 100°C, dentro de uma panela de vidro.
Durante 1,0 min, a quantidade de água foi reduzida de 40g e
foram queimados 1,79g de butano.
(Disponível em: <http://www.cliquefacil.net/conheca-alguns-lindos-
modelos-de-panel-de-vidro/>. Acesso em: 24/04/2015.)
Considerando-se que o vidro e a água são perfeitamente trans -
parentes à luz visível (não absorvem luz visível) e que toda
energia liberada pela chama foi absorvida pela água, exceto a
transportada pela luz visível, quanta energia luminosa visível foi
liberada pela chama?
a) 1,5 kJ b) 2,0 kJ c) 2,5 kJ d) 3,0 kJ e) 3,5 kJ
RESOLUÇÃO:
I. Calor usado para vaporizar a água:
 Q1 = mLV = 40 . 2,2 kJ = 88 kJ
 
II. Calor liberado pelo butano:
 1 g ................. 50 kJ
 1,79 g ................. Q2
 Q2 = 89,5 kJ
III.Qvisível = Q2 – Q1 = 1,5 kJ
 
Resposta: A
� (FAM-MODELO ENEM) – O gráfico mostra a variação da
temperatura, em função da quantidade de calor absorvida, de
uma massa de 50 g de uma substância inicialmente no estado
sólido.
Para essa substância, o calor latente específico de fusão, em
cal/g, e o ca lor específico sensível no estado líquido, em 
cal/g . °C, são, respecti vamente,
a) 40 e 0,5. b) 40 e 1,0. c) 80 e 0,5.
d) 40 e 2,0. e) 80 e 1,0.
RESOLUÇÃO:
I. Cálculo do calor específico latente de fusão LF:
 Calor para fundir a amostra, a partir dos dados do gráfico:
 QF = 6,0 – 2,0 (kcal) = 4,0 kcal = 4,0 . 10
3 cal
 
QF = mLF ⇒ LF = = ⇒
II. Cálculo do calor específico sensível do líquido:
 Calor para aquecer a amostra entre 0°C e 40°C, partir dos dados
do gráfico: Q = 8,0 – 6,0 (kcal) = 2,0 kcal = 2,0 . 103 cal
 
Q = mc�� ⇒ c = = ⇒
Resposta: E
Q
––––
m
4,0 . 103
–––––––––
50 �
cal
––––
g �
Q
–––––
m��
2,0 . 103
––––––––––––
50 . (40 – 0)
cal
––––
g°C
Dado: Calor de combustão do butano = 50 kJ/g
 Calor latente específico de vaporização da
água = 2,2 kJ/g
LF = 80
cal
––––
g
c = 1,0
cal
––––
g°C
199FÍSICA
C2_2a_Fisica_Alelex_vermelho_2021.qxp 19/02/2021 19:40 Página 199
� Além de ser capaz de gerar eletricidade, a
ener gia solar é usada para muitas outras fina -
li dades. A figu ra a seguir mostra o uso da
ener gia solar para dessalinizar a água. Nela, um tanque conten -
do água salgada é coberto por um plástico transparente e tem
a sua parte central abaixada pelo peso de uma pedra, sob a
qual se coloca um recipien te (copo). A água evaporada se
condensa no plástico e escorre até o ponto mais baixo, caindo
dentro do copo.
HINRICHS, R. A.; KLEINBACH. M. Energia e meio embiente. São
Paulo: Pioneira Thomson Leaming, 2003 (adaptado).
Nesse processo, a energia solar cedida à água salgada
a) fica retida na água doce que cai no copo, tornando-a, as sim,
altamente energizada.
b) fica armazenada na forma de energia potencial gravitacional
contida na água doce.
c) é usada para provocar a reação química que transforma a
água salgada em água doce.
d) é cedida ao ambiente externo através do plástico, onde
ocorre a condensação do vapor.
e) é reemitida como calor para fora do tanque, no processo de
evaporação da água salgada.
RESOLUÇÃO:
Quando a água salgada vaporiza ela usa a energia solar pois a va -
po rização é um processo endotérmico (absorve energia térmica).
Quando o vapor d’água condensa no plástico ele cede calor para
o ambiente externo pois a condensação é um processo exotér -
mico (cede energia térmica).
Resposta: D
� A Constelação Vulpécula (Raposa) encontra-
se a 63 anos-luz da Terra, fora do sistema so -
lar. Ali, o planeta gigante HD 189733b, 15%
maior que Júpiter, concentra vapor de água na atmosfera. A
temperatura do vapor atinge 900 graus Celsius. “A água sem -
pre está lá, de alguma forma, mas às vezes é possível que seja
escondida por outros tipos de nuvens", afirmaram os
astrônomos do Spitzer Science Center (SSC), com sede em
Pasadena, Califórnia, responsável pela descoberta. A água foi
detectada pelo espectrógrafo infravermelho, um aparelho do
telescópio espacial Spitzer.
Correio Braziliense, 11 dez 2008 (adaptado).
De acordo com o texto, o planeta concentra vapor de água
em sua atmosfera a 900 graus Celsius. Sobre a vapori zação
infere-se que
a) se há vapor de água no planeta, é certo que existe água no
estado líquido também.
b) a temperatura de ebulição da água independe da pressão,
em um local elevado ou ao nível do mar, ela ferve sempre a
100 graus Celsius.
c) o calor de vaporização da água é o calor necessário para
fazer 1 kg de água líquida se transformar em 1 kg de vapor
de água a 100 graus Celsius.
d) um líquido pode ser superaquecido acima de sua
temperatura de ebulição normal, mas de forma nenhuma
nesse líquido haverá formação de bolhas.
e) a água em uma panela pode atingir a temperatura de
ebulição em alguns minutos, e é necessário muito menos
tempo para fazer a água vaporizar completamente.
RESOLUÇÃO:
a) Falsa. Se a temperatura for muito elevada não teremos água no
estado líquido.
b) Falsa. A temperatura de ebulição da água depende da pressão
externa. Ao nível do mar, na Terra, sob pressão de 1,0 atm ela
vale 100°C. No alto de uma montanha a temperatura de
ebulição é menor.
c) Verdadeira. O calor latente específico de vaporização da água é
a quantidade de calor necessária e sufi ciente para vaporizar
1,0kg de água que está na temperatura de ebulição e sob
pressão de 1,0 atm.
d) Falsa. No processo de ebulição há formação de bolhas.
e) Falsa. Para aquecer uma massa m de água de 0°C a 100°C o
calor necessário e suficiente é dado por:
 Q1 = m . c . Δθ
 c = 1,0cal/g°C e Δθ = 100°C
 
Q1 = m . 1,0 . 100 ⇒ 
 Para vaporizar essa massa m de água o calor necessário e sufi -
ciente é dado por:
 Q2 = m L
 L = 540cal/g
 
 Portanto Q2 > Q1 e o tempo gasto para vaporizar a água,
usando-se a mesma potência térmica, é maior.
Resposta: C
Cobertura de plástico
Tira de borracha
Água salgada
Copo
Pedra
Q1 = 100m
Q2 = 540m
200 FÍSICA
C2_2a_Fisica_Alelex_vermelho_2021.qxp 19/02/2021 19:40 Página 200
201FÍSICA
1. A Física e o cotidiano
 O dinheiro sai como vapor
 Na panela de pressão, a pres são interna elevada pro -
vo ca au men to do ponto de ebu li ção (120°C). Essa
tempe ratura permanece constante e é pos sí vel dimi nuir
a inten si dade da cha ma (eco no mia de gás).
2. A Física e o mundo
 O gelo que esquia
 A diminuição da temperatura de fusão do gelo com o
au men to da pressão explica, por exemplo, o desloca men -
to das geleiras nas regiões árticas: o gelo acumula-se até
gran des alturas, aumentando consideravelmente a pres -
são na parte inferior; este aumento de pressão provoca a
fusão do gelo aí existente e o consequente deslizamento
da geleira.
3. A Física e o laboratório
 Enche-se uma seringa com pequena quantidade de
água destilada a uma temperatura um pou co abaixo da
tempe ra tura de ebulição. Fe chan do-se o bico, como
mostra a figura A, e puxando rapidamente o êmbolo,
verifica-se que a água entra em ebulição durante alguns
instantes (veja figura B). 
 Pode mos expli car esse fenô me no consi de rando
que, com a diminuição da pressão, a tem peratura de
ebulição da água fica menor do que a temperatura da
água na seringa.
Antes de iniciar seus estudos, reflita sobre as questões abaixo, forme suas opiniões e confronte-as com a
teoria apresentada em seguida. Suas ideias e sugestões são muito importantes para enriquecer nosso
ensino e o seu aprendizado.
Além de cozinhar em tempo menor por aumento da temperatura, que procedimento adicional podemos
adotar para economizar mais gás com a panela de pressão?
Que fato explica o deslocamento das geleiras?
É possível ferver a água abaixo de 100°C?
12
Mudanças de estado IV –
Balanço energético
C2_2a_Fisica_Alelex_vermelho_2021.qxp 19/02/2021 19:40 Página 201
202 FÍSICA
4. A Física e a evolução de seus conceitos
 O diagrama de fases e a curva de aquecimento
 O comportamento térmico das substâncias é funda mental para uma avaliação sobre o seu uso seguro em diversas
condições de pressão e temperatura.
� (MODELO ENEM) – O diagrama de fases do chumbo abaixo
apresenta as condições de pressão e temperatura numa central de
fundição desse metal.
A massa de carvão mineral em queima total, em kg, necessária e
suficiente para fundir cada tonelada de chumbo, inicialmente a 30°C,
em 10 minutos e a potência útil da fornalha, em watts (W), valem,
respectivamente:
a) 2,0 e 2400 b) 2,0 e 24 c) 0,75 e 96 
d) 0,75 e 2400 e) 2,0 e 96 000
Resolução
I) Calor para fundir o chumbo a 330°C (m = 1,0t = 1000kg):
 Q = Qsólido + Qfusão
 Q = (mc Δθ)sólido + (mL)fusão
 Q = 1000 . 0,030 (330 – 30) + 1000 . 5,4 (kcal)
 Q = 9000 + 5400 (kcal)
 
II) Massa de carvão mineral:
 7200kcal –––––––––– 1,0kg
 14400kcal –––––––––– m
 7200m = 14400
 
III) Potência da fornalha (Δt = 10min = 600s):
 
Pot = = = 24 = 96 = 96kW
 
Resposta: E
Note e adote
Calor de combustão do carvão mineral: 7200kcal/kg
Calor específico sensível do chumbo sólido: 0,030cal/g°C
Calor específico de fusão do chumbo: 5,4cal/g
Equivalente mecânico do calor: 1,0cal = 4,0J
Q = 14400kcal
m = 2,0kg
kJ
––––
s
kcal
––––
s
14400kcal
–––––––––
600s
Q
–––
Δt
Pot = 96 000W
O diagrama de fases representa as transfor mações físicas que uma
substân cia pode sofrer, quantificando as pressões e as tempe raturas
em que ocorrem.
A partir do diagrama de fases, pode mos determinar os calores especí -
ficos sensíveis em cada estado (c), os latentes (L) das mudanças de
um para outro estado e as curvas de aqueci mento para cada pressão.
Exercícios Resolvidos
C2_2a_Fisica_Alelex_vermelho_2021.qxp 19/02/2021 19:40 Página 202
203FÍSICA
� (MODELO ENEM) – Um pasteleiro de feira percebeu empiri -
camente que um pastel de carne não frito a 10°C fica crocante e seco,
quando, ao ser mergulhado em óleo a 175°C, ocorre a vaporização de
5,0g de água da carne a 100°C. As curvas de aquecimento a seguir
descrevem a situação.
A capacidade térmica do pastel vale 100cal/°C.
O volume de óleo, em mililitros (m�), utilizado pelo feirante para fritar
cada pastel, é igual a:
a) 200 b) 208 c) 260 
d) 325 e) 400
Resolução 
No equilíbrio térmico, a soma dos calores trocados é nula:
Qóleo + Qpastel + Qvaporização = 0
(mc Δθ)óleo + (C Δθ)pastel + (mL)vaporização = 0
m . 0,60 (100 – 175) + 100 . (100 – 10) + 5,0 . 540 = 0
–45m + 9000 + 2700 = 0
45m = 11700
Volume de óleo:
d = ⇒ V = ⇒
Resposta: D
175ºC
100ºC
10ºC
Tempo
Pastel não frito
Pastel
Vaporização da
água da carne
Pastel
Vapor-d'água
Óleo
Óleo
Temperatura
Água
Note e adote
Calor específico sensível do óleo de fritura: 0,60cal/g°C
Densidade do óleo: 0,80g/m�
Calor específico latente de vaporização da água: 540cal/g
As trocas de calor ocorrem, apenas, entre o óleo e o pastel.
m = 260g
V = 325m�
260g
––––––––––
0,80g/m�
m
–––
V
� (VUNESP-FMJU-MODELO ENEM) – Um calorímetro
ideal contém 50g de água líquida, ambos em equilíbrio térmico
a 20°C. Uma amostra de gelo, inicialmente a –40°C, é inserida
no calorí me tro, de modo a trocar calor apenas com a água
líquida. Após certo tempo, registra-se uma temperatura de
equilíbrio térmico de 0°C, restando apenas água na fase líquida
no interior do calorímetro. 
Sendo o calor específico sensível da água líquida e do gelo
iguais a 1,0 cal/g.°C e 0,50 cal/g.°C, respectivamente, e o calor
latente específico de fusão do gelo igual a 80 cal/g, a massa de
gelo inserida no calorímetro foi:
a) 5,0g b) 10g c) 15g 
d) 20g e) 25g
RESOLUÇÃO:
Qgelo + Qfusão + Qágua = 0
m . 0,50 . [0 – (– 40)] + m . 80 + 50 . 1,0 (0 – 20) = 0
20m + 80m – 1000 = 0
100m = 1000
Resposta: B
m = 10 g
Exercícios Propostos
C2_2a_Fisica_Alelex_vermelho_2021.qxp 19/02/2021 19:40 Página 203
204 FÍSICA
� (OBF) – Um aluno mistura 800 g de água a 20°C com uma
certa massa de gelo a – 20°C dentro de um recipiente com
paredes adia báticas. Diante do experimento, verifica que o
sistema alcançou o equilíbrio térmico à temperatura de 10°C. 
Qual a massa inicial de gelo?
RESOLUÇÃO:
Qfusão + Qgelo + Qágua do gelo + Qágua = 0
(mL)fusão + (mc��)gelo + (mc��)água do gelo + (mc��)água = 0
m . 80 + m . 0,50 [0 – (– 20)] + m . 1,0 . (10 – 0) + 800 . 1,0 (10 – 20) = 0
80m + 10m + 10m + (800) . (–10) = 0
100m = 8000
m = g
� (MODELO ENEM) – Num calorímetro de capacidade térmica
de 4,0cal/°C con tendo 10g de gelo a 0°C, um técnico de
materiais introduziu uma amostra de 100g de uma liga metálica
a 100°C e o equi líbrio térmico ocorre a 50°C, como mostram as
curvas de aque cimento do gelo, do calorímetro e da amostra
da liga.O calor específico sensível da liga, em cal/g°C, vale:
a) 0,30 b) 0,40 c) 0,50 d) 0,60 e) 0,80
RESOLUÇÃO: 
A soma dos calores trocados é nula
Qliga + Qcalorímetro + Qfusão + Qágua = 0
(mc��)liga + (C . ��)calorímetro + (mL)fusão + (mc��)água = 0 
100c (50 – 100) + 4,0 . (50 – 0) + 10 . 80 + 10 . 1,0 (50 – 0) = 0
– 5000c + 200 + 800 + 500 = 0
5000c = 1500
c = (cal/g°C)
Resposta: A
� (PUC-RJ-MODELO ENEM) – Podemos estimar quanto é o
dano de uma queimadura por vapor da seguinte maneira:
considere que 0,60 g de vapor condense sobre a pele de uma
pessoa. Suponha que todo o calor latente é absorvido por uma
massa de 5,0 g de pele. Considere que o calor específico
sensível da pele é igual ao da água: c = 1,0 cal / (g/°C). 
Considere o calor latente específico de vaporização da água
como Lv = (1000/3) cal/g = 333 cal/g. 
Calcule o aumento da temperatura da pele devido à absorção
do calor, em °C.
a) 0,60 b) 20 c) 40 d) 80 e) 333
RESOLUÇÃO:
I. Calor cedido pelo vapor:
 Q1 = m1L = 0,60 . (cal) = 200 cal
 
II. Calor recebido pela pele:
 Q2 = m2c ��
 Q2 = 5,0 . 1,0 . �� = 5,0��
III. Q1 = Q2
 200 = 5,0��
 
Resposta: C
Note e adote:
Calor específico sensível do gelo: 0,50 cal/g°C
Calor especifíco latente de fusão do gelo: 80 cal/g
Calor específico sensível da água: 1,0 cal/g°C
8 000
–––––
100
m = 80 g
Note e adote
Calor específico sensível da água: 1,0cal/g°C
Calor específico latente de fusão do gelo: 80cal/g
1500
–––––
5000
c = 0,30cal/g°C
1000
–––––
3
�� = 40°C
C2_2a_Fisica_Alelex_vermelho_2021.qxp 19/02/2021 19:40 Página 204
� Sob pressão normal (ao nível do mar), a água
entra em ebulição à temperatura de 100 °C.
Tendo por base essa informação, um garoto
residente em uma cidade litorânea fez a seguinte experiência:
• Colocou uma caneca metálica contendo água no foga reiro
do fogão de sua casa.
• Quando a água começou a ferver, encostou cuidadosa -
mente a extremidade mais estreita de uma seringa de
injeção, desprovida de agulha, na superfície do líquido e,
erguendo o êmbolo da seringa, aspirou certa quan tidade
de água para seu interior, tapando-a em seguida.
• Verificando após alguns instantes que a água da seringa
havia parado de ferver, ele ergueu o êmbolo da seringa,
constatando, intrigado, que a água voltou a ferver após um
pequeno deslocamento do êmbolo. 
Considerando o procedimento anterior, a água volta a ferver
porque esse deslocamento 
a) permite a entrada de calor do ambiente externo para o
interior da seringa.
b) provoca, por atrito, um aquecimento da água contida na
seringa.
c) produz um aumento de volume que aumenta o ponto de
ebulição da água.
d) proporciona uma queda de pressão no interior da seringa
que diminui o ponto de ebulição da água.
e) possibilita uma diminuição da densidade da água que facilita
sua ebulição.
RESOLUÇÃO:
A temperatura de ebulição da água depende da pres são externa a
que ela está submetida. No nível do mar, sujeita à pressão atmos -
férica (1,0 . 105 Pa), a tem peratura de ebulição vale 100°C.
No interior da seringa, quando o êmbolo foi deslocado, a pressão
externa diminuiu, o mesmo ocorrendo com a temperatura de
ebulição da água, que passou a ferver.
Resposta: D
� Num dia em que a temperatura ambiente é
de 37°C, uma pessoa, com essa mesma
temperatura corporal, repousa à sombra. Para
regular sua temperatura corporal e mantê-la constante, a pes -
soa libera calor através da evaporação do suor. Considere que
a potência necessária para manter seu metabolismo é 120W e
que, nessas condições, 20% dessa energia é dissipada pelo
suor, cujo calor de vaporização é igual ao da água (540 cal/g).
Utilize 1 cal igual a 4J.
Após duas horas nessa situação, que quantidade de água essa
pes soa deve ingerir para repor a perda pela transpiração?
a) 0,8g b) 0,44g c) 1,30g d) 1,80g e) 80,0g
RESOLUÇÃO:
1) Calor de vaporização da água:
 Q = m . LV
 LV = 540 = 
 LV = 2160 . 10
3J/kg
 LV = 2,16 . 10
6J/kg
 
(m em kg)
2) Q = 0,20E
 m . 2,16 . 106 = 0,20E
 
3) E = Pot . Δt
 m . 10,8 . 106 = 120 . 2 . 3600 = 864 . 103
 m = kg
 m = 80,0 . 10–3kg
 
Resposta: E
cal
–––
g
540 . 4J
–––––––
10–3kg
Q = m 2,16 . 106 J/kg
8,64 . 105
––––––––––
10,8 . 106
m = 80,0g
E = m . 10,8 . 106 J
205FÍSICA
C2_2a_Fisica_Alelex_vermelho_2021.qxp 19/02/2021 19:40 Página 205
206 FÍSICA
1. A Física e o cotidiano
 Sensações térmicas diferentes para corpos com temperaturas iguais
 
O alumínio da lata é melhor condutor de calor que o
vidro; ao pegar mos uma lata, temos a sen sação de que
está mais fria do que o vidro, pois a taxa de transfe -
rência de calor de nossa mão para a lata é maior do que
para a garrafa.
Antes de iniciar seus estudos, reflita sobre as questões abaixo, forme suas opiniões e confronte-as com a
teoria apresentada em seguida. Suas ideias e sugestões são muito importantes para enriquecer nosso
ensino e o seu aprendizado.
A transmissão de calor envolve neces sariamente o contato físico dos corpos?
Como se explica que os esquimós constroem suas casas com gelo (iglus) para se protegerem do intenso
frio da região ártica?
Uma garrafa e uma lata de refrige ran te perma necem durante um certo tem po no “freezer” pa ra
entrarem em equilíbrio térmico a –4°C. Entre tan to, ao retirarmos os dois recipi en tes da gela deira, temos
a impres são de que a lata está mais fria que a garrafa. Qual é a explicação?
13
Palavras-chave:
Condução de calor
Fluxo de calor • Lei de Fourier
C2_2a_Fisica_Alelex_vermelho_2021.qxp 19/02/2021 19:40 Página 206
207FÍSICA
2. A Física e o mundo
 As quentes paredes de gelo
 O gelo apresenta um coeficiente de con dutividade
térmica se melhante ao do con creto (2,2 . 10–3cal/s.m°C) e
po de ser consi derado um iso lan te térmico. Desse modo, o
calor produzido no inte rior dos iglus, liberado pela quei ma
de combustíveis ou nos processos de res pi ração e
transpiração de seus mora do res, fica ali retido, elevando a
tempe ra tu ra em seu interior, enquanto a tem peratura
externa é da ordem de –50°C no inverno.
3. A Física e o laboratório
 Tabela de condutibilidade térmica
4. A Física e a evolução de seus
conceitos
 Introdução
 Transmissão de calor é a de nominação dada à passa -
gem da ener gia térmica de um corpo para ou tro ou de uma
parte para outra de um mes mo corpo. Essa transmissão
pode processar-se de três maneiras dife ren tes, que são
denominadas: con du ção, convecção e radiação.
 Condução
 É o processo de transmis são de calor em que a
energia térmica passa de um local pa ra outro através
das partí culas do meio que os separa.
 Como exemplo de condução de calor, podemos citar
o aquecimento da água existente em uma panela de
alumínio colocada sobre a chama de um fogão.
 A energia térmica, para atingir a água, deve atra ves -
 sar uma placa de alu mínio, passando de partícula para
partícula desse material.
 Notemos que, se não existissem as partículas cons -
tituintes da placa, não haveria condução de calor.
 Dessa forma, a condução
de ca lor é um processo que
exige a pre sen ça de meio ma -
terial e que, portanto, não
ocorre no vácuo.
Sendo o me tal bom con dutor de ca lor,
ha ve rá um fluxo de energia tér mica no
sentido de B para A, atingindo a mão
da pessoa.
 Consideremos dois meios, (1) e (2), em tem pera -
turas diferentes, θ1 e θ2 (θ1 < θ2), separados por uma pla -
 ca metálica de área S e espessura L.
Substância
Condutibilidade Térmica
cal�––––––––�
s.cm.°C
Ar seco 3,5.10–5
Lã de vidro 1,0.10–4
Seda 2,2.10–4
Hidrogênio 4,4.10–4
Água 1,4.10–3
Gelo 2,2.10–3
Mercúrio (líquido) 2,1.10–2
Alumínio 4,9.10–1
Prata 9,7.10–1
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208 FÍSICA
 Verifica-se que há uma pas sa gem de calor de (2)
para (1). Define-se fluxo de calor (Φ) através daplaca
como sendo o quociente da quanti da de de calor que a
atravessa pelo tempo gasto para atravessá-la. 
 Portanto, o fluxo de calor re pre sen ta a quantidade de
calor que atra ves sa a placa na unidade de tempo.
 Atingido o regime estacionário de escoamento de calor
através da chapa metálica, verifica-se, experi men tal men te,
que o fluxo de calor Φ é propor cional à área S da placa, à di -
ferença de tem peratura Δθ entre os meios (1) e (2) que ela
separa, e é inversamente pro por cional à espes su ra L da
placa, po dendo ser escrita a relação:
em que C é uma constante de pro porcionalidade carac -
terística do ma terial que constitui a placa, chamada
coeficiente de condutibilidade térmica.
 Notemos que, para S, Δθ e L iguais, quanto maior for
C, maior será o fluxo de calor. Portanto:
 – se o C de um material é gran de, diremos que este
material é bom condutor de calor.
 Exemplo:
 os metais de um mo do geral.
 – se o C de um material é pe queno, diremos que
este material é mau condutor de calor.
 Se o material é péssimo con du tor, costuma-se dizer
que é um iso lante tér mi co.
O calor propaga-se atra vés da pa rede do forno de uma pizzaria.
 Como exemplo de iso lantes tér micos, po de mos ci -
tar: isopor, cor ti ça, por celana, bor ra cha, madeira, mica e
os ga ses de um modo geral.
 Regime estacionário
 Ao longo da espessura L da placa, cada seção trans -
versal da placa estabiliza sua temperatura.
 O matemático e físico francês Jean Baptiste Joseph
Fourier (1768-1830) estudou a con du ção do calor através
de sólidos e publicou, em 1822, a teoria analítica do
calor, criando uma lei que levou o seu nome — Lei de
Fourier. 
RESUMO DA CONDUÇÃO DE CALOR
Energia passa de partícula a partícula
(não ocorre no vácuo)
 Q CSΔθ
Fluxo de calor Φ = –––––––– = ––––––
 tempo L
C = coeficiente de condutibilidade térmica
Cgrande = bom condutor (metais)
Cpequeno = mau condutor (isolantes)
Q C S Δ�
� = –––––––– = –––––––––
tempo L
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209FÍSICA
� (MODELO ENEM) – Considere as seguintes informações verda -
deiras sobre a condução térmica:
I. O calor Q que atravessa, num intervalo de tempo �t, uma parede
feita de material de condutividade térmica C, de área A, espessura
L e submetida a uma diferença de temperatura �� entre suas faces,
define o fluxo � da seguinte maneira:
(Lei de Fourier)
II. As sensações térmicas diferentes, ao tocarmos objetos à mesma
temperatura, são provocadas pela condutividade térmica das
substâncias que os constituem, que podem retirar o calor, com
maior ou menor velocidade de nossa pele.
Com base nesses fatos, assinale a alternativa correta:
a) Uma lata de alumínio e uma garafa de vidro de suco natural, ambos
a 0°C, parecem ter temperaturas diferentes ao serem tocadas pelas
mãos de uma pessoa porque o calor específico sensível do vidro é
maior que o do alumínio.
b) Se dobrarmos a espessura de uma parede, o fluxo de calor através
dela aumenta duas vezes, mantendo os outros parâmetros
condicionantes do fenômeno inalterados.
c) O fluxo de calor apresenta as mesmas unidades de potência no
sistema internacional (SI).
d) O vácuo entre as paredes espelhadas das garrafas térmicas não
impede a condução de calor.
e) Uma viga de concreto de uma ponte de 10 toneladas a 20°C
transfere calor para um pilar de concreto de 5,0 toneladas a 20°C,
gerando risco de trincas por dilatação térmica.
Resolução
a) Falsa.
As sensações térmicas são produzidas por condutividades térmicas
dife ren tes (Calumínio = 490 . 10
–3cal/s cm°C é maior que 
Cvidro = 2,5 . 10
–3cal/s cm°C). Além disso, o calor específico sen -
sível do vidro (0,20cal/g°C) é menor que o do alumínio (0,21cal/g°C).
b) Falsa.
� = e �’ = ⇒ �’ = (o fluxo fica reduzido 
pela metade)
c) Verdadeira.
O fluxo de calor pode ser medido em watts , que é 
a unidade de potência no SI.
d) Falsa.
A condução de calor não ocorre no vácuo.
e) Falsa.
A viga e o pilar estão em equilíbrio térmico a 20°C e não ocorre
transferência de calor entre elas nem risco de trincas por dilatação.
Resposta: C
� O fluxo de calor ou corrente térmica (Φ) através de uma placa
condutora é de terminada pela ex pres são
Φ = 
em que: 
C: coeficiente de con dutibilidade tér mica
S: área de secção transversal da placa
L: espessura da placa
Δθ: diferença entre as tem pera turas das faces da pla ca.
Determine
a) o fluxo de calor em uma placa de área de secção transversal igual a
1,0m2 e 8,0cm de espessura, quando a diferença de temperatura
entre as faces opostas é 100°C;
�Considere C = 20 . 10–2 �
b) o fluxo de calor através da placa se reduzirmos pela metade a sua
espessura.
Resolução
a) Φ = = (cal/s) ⇒
b) Φ‘ = = (cal/s)
� (UFBA-MODELO ENEM) – Ao en costar mos a mão em uma peça
de cobre maciça e em seguida em um objeto de ma dei ra, ambos à
mesma temperatura ambiente, te mos a sen sa ção de que o cobre está
mais frio, porque 
a) a capacidade térmica da madeira é maior que a do cobre. 
b) o calor específico do cobre é menor que o da ma dei ra. 
c) a condutibilidade térmica do cobre é maior que a da ma deira. 
d) a irradiação de calor da mão em contato com o co bre é me nor do
que quando em contato com a ma deira. 
e) a convecção no cobre é superior à obser vada na madeira.
Resolução
O corpo humano é mais sensível às variações de tem pe rat uras, na pe -
le, provocadas pelas diferentes condutividades térmicas dos ma teriais
tocados, os quais impõem velocidades di fe rentes para as trocas de
calor.
Resposta: C
Q C A ��
� = –––– = ––––––––
�t L 
C S Δθ
–––––––
2L
C S Δθ
––––––
L
�
––
2
�joules–––––––––segundo�
C . S . Δθ
–––––––––
L
cal
–––––––
s m°C
20 . 10–2 . 1 . 100
–––––––––––––––––
8,0 . 10–2
C S Δθ
––––––––
L
Φ = 250cal/s
20 . 10–2 . 1 . 100
–––––––––––––––––
4,0 . 10–2
C S Δθ
–––––––
L
–––
2
Φ’ = 500cal/s
Exercícios Resolvidos
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210 FÍSICA
� (MODELO ENEM) – A transmissão de calor é um tema
ligado ao cotidiano que apresenta interfaces com a Biologia, a
Geografia e a Quí mica.
O calor que atravessa uma parede e as sensações térmicas
diferentes do corpo humano para corpos com temperaturas
iguais são explicados pela condução.
A formação de ventos, a subida da fuligem pela chaminé e o
posicio namento do ar-condicionado e de aquecedores numa
sala são ligados à convecção térmica.
O aquecimento produzido pelo Sol, por corpos incandescentes,
a absor ção de calor por corpos escuros e a reflexão pelos
claros e espelhados evidenciam os efeitos térmicos da
radiação.
O calor Q atravessa uma placa de 10cm2, feita de ferro 
(160 . 10–3cal/scm°C) de 1,0cm de espessura em 10s.
O calor Q, em calorias, vale:
a) 16 b) 160 c) 850 d) 1600 e) 8500
RESOLUÇÃO:
= ⇒ =
Resposta: D
� (UFSM-MODELO ENEM) – Em 2009, foi construído na
Bolívia um hotel com a seguinte peculiaridade: todas as suas
paredes são formadas por blocos de sal cristalino. Uma das
características físicas desse material é sua condutividade
térmica relativamente baixa, igual a 6,0W/(m.°C).
A figura a seguir mostra como a temperatura varia através da
parede do prédio.
Qual é o valor do módulo do fluxo de calor que atravessa a pa -
re de em uma área de 1,0m2?
a) 125W b) 800W c) 1200W 
d) 2400W e) 3000W
RESOLUÇÃO:
Φ = = (W)
Φ = (W) = 2400W
Resposta: D
Q
––––
Δt
C . A . Δθ
––––––––––
L
Q
––––
10
160 . 10–3 . 10 . (100 – 0)
––––––––––––––––––––––––
1,0
Q = 1600 cal
240
–––––
0,10
6,0 . 1,0 .(60 – 20)
––––––––––––––––
(0,25 – 0,15)
CS(θmaior – θmenor)—————––––––––
L
Exercícios Propostos
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211FÍSICA
� O aquecimento de água em residências com
o uso de energia solar é uma alternativa