Caderno de Teoria ENEM - Dom Bosco-073-075

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2. Física térmica
Ramo da Física que compreende o estudo das medidas 
de temperatura e de calor, dos processos de transferência de 
calor e suas implicações, das mudanças de fases das subs-
tâncias e dos princípios da termodinâmica.
A. Termometria
A temperatura, que define o estado térmico de um corpo, 
é determinada pelo grau de agitação das partículas do corpo. 
Ela constitui uma medida da energia cinética média das partí-
culas que compõem o corpo.
Os termômetros são dispositivos utilizados para a deter-
minação da temperatura de um corpo. Eles se baseiam na 
lei zero da termodinâmica: dois corpos em equilíbrio térmico 
apresentam a mesma temperatura.
A.1. Escalas usuais de temperatura 
(Celsius, Fahrenheit e Kelvin)
• Primeiro ponto fixo (1o PF): ponto de fusão do gelo à 
pressão normal de 1 atm (0 °C = 32 °F = 273 K);
• Segundo ponto fixo (2o PF): ponto de vaporização da água 
à pressão normal de 1 atm (100 °C = 212 °F = 373 K).
∆θc
100
°C °F K
212 373
0 32 273
∆θF ∆TK
θ θc F KT
5
32
9
273
5
= − = −
 e 
∆ ∆ ∆θ θc F KT
5 9 5
= =
B. Dilatação térmica
É o estudo das variações das dimensões de um sólido, ou 
do volume de um líquido, devido às variações de temperatura.
B.1. Dilatação linear 
Uma única dimensão do sólido: comprimento, largura 
ou espessura.
L0
θ1
θ2
L
∆L
∆ ∆
∆
L L
L L
= ⋅ ⋅
= + ⋅( )
0
0 1
α θ
α θ
a é o coeficiente de dilatação linear (depende do material).
B.2. Dilatação superficial 
Duas dimensões do sólido: dilatação da área.
θ0 θ
A0
A
∆ ∆
∆
A A
A A
= ⋅ ⋅
= + ⋅( )
= ⋅
0
0 1
2
β θ
β θ
β α
B.3. Dilatação volumétrica
Três dimensões do sólido: dilatação do volume.
V0
V
θθ0
∆ ∆
∆
V V
V V
= ⋅ ⋅
= + ⋅( )
= ⋅
0
0 1
3
γ θ
γ θ
γ α
B.4. Dilatação dos líquidos
Líquidos: volume definido e forma do recipiente.
∆Vap�
 (dilatação
 aparente)
V0
Dilatação real = dilatação aparente + dilatação do recipiente
∆Vreal = ∆Vaparente + ∆Vrecipiente
γreal = γap. + γrec.
C. Calorimetria
Calor é a energia térmica que flui espontaneamente de 
um corpo de maior temperatura para um corpo de menor tem-
peratura, quando colocados em contato.
C.1. Calor sensível
É a quantidade de calor (Q) absorvido ou cedido por um 
corpo de massa m associada, exclusivamente, a uma varia-
ção de temperatura (∆θ).
Q = m · c · ∆θ Unidade no SI: [Q] = joule (J)
• c = calor específico da substância que constitui o corpo.
• Outras unidades: 1 cal = 4,18 J; 1 Cal = 4,18 · 103 J; 
1 Btu = 1 055 J.
C.2. Potência térmica
É definida pela razão entre a quantidade de calor e o in-
tervalo de tempo.
P Q
t
= ∆ Unidades no SI: [P] = watt (W); cal/min
C.3. Capacidade térmica (C)
Constitui a razão entre a quantidade de calor (absorvida 
ou cedida) e a correspondente variação de temperatura. É 
dada também pelo produto da massa pelo calor específico.
C Q m c= = ⋅∆θ Unidade no SI: [C] = J/K
• Equivalência térmica − Dois corpos são termicamen-
te equivalentes quando possuem a mesma capaci-
dade térmica.
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TEMA D
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C.4. Calor latente
É a quantidade de calor (Q) absorvido ou cedido por um 
corpo de massa m associada, exclusivamente, a uma mudan-
ça de fase (fusão, solidificação, vaporização, liquefação ou 
sublimação) do corpo.
Q = m · L L = calor latente de fusão, vaporização, ...
Solidi�cação
Sublimação
Fusão Vaporização
Liquefação
(condensação)
• Em uma mudança de fase, a temperatura de uma 
substância pura é constante.
C.5. Trocas de calor 
Em um sistema termicamente isolado, composto por vá-
rios corpos, o somatório das quantidades de calor (cedidas 
por uns e absorvidas por outros) é igual a zero.
Q =∑ 0 ⇒ QA + QB + QC + ... = 0
C.6. Propagação do calor
A transferência de calor pode ocorrer por condução, con-
vecção ou irradiação.
Condução térmica
É o processo de transporte de energia de partícula a par-
tícula, sem transporte de matéria. 
Ocorre principalmente nos materiais sólidos, como na 
barra de comprimento (e), seção transversal de área (A), 
cujas extremidades são mantidas em diferentes temperatu-
ras, conforme a figura.
= –
θ
θ2
θ1
e
Comprimento
e
θ2 θ1
A
∆θ θ θ2 1
• Fluxo de calor (Φ) − Consiste na razão entre a quanti-
dade de calor (Q) que atravessa o condutor e o intervalo 
de tempo (∆t) correspondente. É diretamente propor-
cional à área (A) e à variação de temperatura (∆θ) e in-
versamente proporcional ao comprimento (e) da barra.
Φ ∆= =
⋅ ⋅ −( )Q
t
k A
e
θ θ2 1
k é o coeficiente de condutibilidade térmica (depende do 
material).
Unidade no SI: [Φ] = J/(s · m · K)
Convecção térmica
É o processo de transferência de energia por meio do 
transporte de matéria (massa fluida), devido a uma diferença 
de densidade. Ocorre nos fluidos: líquidos e gases.
Irradiação térmica
Constitui o processo de transferência de energia por meio 
de ondas (radiações) eletromagnéticas, sendo o único pro-
cesso de transferência de calor que ocorre no vácuo.
D. Diagrama de fases
É a representação gráfica da pressão em função da tem-
peratura. Determina a fase (sólido, líquido, vapor e gás) de 
uma substância. Modelo: água. 
p
1
217,5 atm
Gás
Vapor
Líquido
Sólido760 mmHg
4,58 mmHg
θ (°C)0 100 374
0,01
2
Ponto
crítico
Ponto
triplo3
1. Curva de fusão: equilíbrio entre as fases sólida e líquida;
2. Curva de vaporização: equilíbrio entre as fases líquida 
e de vapor; 
3. Curva de sublimação: equilíbrio entre as fases sólida 
e de vapor.
• Ponto triplo: encontro das três curvas; coexistência 
das três fases, em equilíbrio térmico.
• Ponto crítico: acima da temperatura crítica, a substân-
cia é gás; abaixo, é vapor. Um gás não pode ser lique-
feito por compressão isotérmica. 
E. Gases
As variáveis de estado, pressão (p), volume (V) e tempe-
ratura (T), definem o estado termodinâmico de um gás. Mode-
lo de gás perfeito (ideal): [gás submetido a baixa pressão e 
alta temperatura.]
• Equação de Clapeyron: p · V = n · R · T
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E.1. Transformações gasosas
A pressão, o volume e a temperatura variam (transformação genérica); uma delas pode ser constante (transformação par-
ticular).
Transformação Característica
Equação 
(Temperatura em kelvin)
Gráfico
Isobárica Pressão constante V
T
V
T
1
1
2
2
=
V
p1
p2
p3
T (K)0
Isométrica Volume constante p
T
p
T
1
1
2
2
=
p
V1
V2
V3
T (K)0
Isotérmica Temperatura constante p1 · V1 = p2 · V2
p
T1
T2
T3
T3 > T2 > T1
V0
Geral
Pressão, volume e 
temperatura variam.
p V
T
p V
T
1 1
1
2 2
2
⋅ = ⋅
F. Termodinâmica
É o estudo das relações entre calor e trabalho nos sistemas termodinâmicos, como nas máquinas térmicas.
F.1. Trabalho de um gás
O trabalho realizado pela força de um gás depende da transformação sofrida por ele.
p
V
pl
pF
VFVl
f
i
A
T = área do diagrama (p × V)
Vf > Vi ⇒ T > 0
Vf