Aula 1 Temperatura e Lei Zero

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Termodinâmica (Aula 1) 
 
Temperatura e a Lei Zero da Termodinâmica 
Nosso senso de medida de temperatura é muito impreciso, assim, para entender o conceito de 
temperatura, é necessário definir antes os termos “contato térmico” e “equilíbrio térmico”. 
 Dois corpos estão em contato térmico se é possível trocar calor entre eles; 
 Equilíbrio térmico é a situação em que dois corpos em contato térmico não mais 
trocam calor entre si. 
Lei Zero da Termodinâmica – Se um corpo A e um corpo B, isolados entre si, 
encontram-se em equilíbrio térmico com um outro corpo C, então A e B encontram-se 
também em equilíbrio térmico se colocados em contato. 
 
Podemos definir a temperatura como a propriedade que determina se um objeto está 
ou não em equilíbrio térmico com outros objetos, ou seja, dois ou mais objetos em 
equilíbrio térmico possuem a mesma temperatura. 
 
Para a medida de temperatura, utilizam-se os termômetros. 
Termômetros são aparelhos usados para medir a temperatura de um sistema. Todos 
os termômetros fazem uso da variação de alguma propriedade física com a 
temperatura. Algumas destas propriedades são: 
 Variação do volume de um líquido; 
 Variação do comprimento de um sólido; 
 Variação da pressão de um gás a volume constante; 
 Variação do volume de um gás a pressão constante; 
 Variação da resistência elétrica de um resistor; 
 Variação da cor de algum objeto. 
 
Relação entre escalas termométricas – Vejamos as relações entre as escalas utilizadas: 
Celsius, Kelvin e Fahrenheit. 
 
 
 
 
 
 
 
Exemplo 1: Em um determinado dia, quando a temperatura alcança o valor de 50 , 
qual a temperatura nas escalas Celsius e Kelvin? 
 
R1 – Usando a equação 
 
 
 e substituindo F, temos: 
 
 
( ) 
R2 – Dado que temos a temperatura em Celsius, usando a equação , 
temos: 
 
EXPANSÃO TÉRMICA DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS 
A Expansão Térmica de Sólidos e Líquidos ocupa um importante papel em inúmeras 
aplicações da engenharia. Por exemplo, a expansão térmica das junções tem que ser 
incluída no cálculo da construção de pontes e edifícios. 
Suponha que um objeto possui comprimento inicial para uma dada temperatura 
inicial , e que seu comprimento aumenta de uma quantidade para uma dada 
variação de temperatura . A experiência mostra que quando é pequeno, é 
proporcional a e : 
 
ou 
 ( ) 
 
Em que é o comprimento final do objeto, é a sua temperatura final e a constante 
de proporcionalidade é chamada de “coeficiente de expansão linear” para um dado 
material. possui unidades de ( ) . 
 
 
Da mesma forma que ocorre a expansão linear de um objeto, o mesmo ocorre com sua 
área e seu volume, assim: 
A variação no volume de um objeto, sob pressão constante, é proporcional ao volume 
inicial e à variação de temperatura do objeto, de acordo com a seguinte relação: 
 
 
 
Em que é o “coeficiente de expansão volumétrica”. Para os sólidos, é 
aproximadamente , assim, a equação acima pode ser escrita da seguinte forma: 
 
 
 
 
Uma folha de papel pode ser descrita por sua área. Pode-se demonstrar que a 
variação em sua área com a temperatura é: 
 
 
Exemplo 2: Uma linha de trem com trilhos de aço, possui um comprimento de 30 m 
na temperatura de . Qual será o seu comprimento em um dia quente com 
temperatura de ? 
 
R – Como ( ) e a variação de temperatura é de , o aumento 
no comprimento do trilho é: 
 [ 
 ( ) ]( )( ) 
 
 
Materiais sólidos: 
Alumínio; latão e bronze; concreto; cobre; vidro comum; vidro pirex; invar (liga 
magnética – ouro e níquel); chumbo; aço. 
Materiais líquidos e gases: 
Acetona; Álcool; benzeno; gasolina; glicerina; mercúrio; terebintina (solvente); ar a 
 ; hélio. 
 
EXERCÍCIOS 
1. Um pedaço de trilho de aço possui o comprimento de quando sua 
temperatura é de . 
a. Qual a variação de seu comprimento quando a temperatura é de ? 
b. E se a temperatura variar para ? 
 
2. Um dispositivo eletrônico mal projetado tem dois parafusos associados a 
diferentes partes do dispositivo que quase se tocam (ver figura abaixo). Os 
parafusos de aço e de latão estão em potenciais elétricos diferentes, assim, se eles 
se tocarem, haverá um curto-circuito, danificando o dispositivo. A distância inicial 
entre os dois 
parafusos é de 
 a uma 
temperatura de 
 . Em que 
temperatura os 
dois parafusos irão 
se tocar? 
 
3. O nitrogênio líquido possui seu ponto de ebulição a uma temperatura de 
 na pressão atmosférica. Expresse esta temperatura em (a) Fahrenheit 
e (b) em Kelvins. 
 
4. Um fio de telefone, de cobre, possui um tamanho de em um dia de inverno, 
quando a temperatura ambiente é de . Qual o tamanho do fio em um dia de 
verão, quando a temperatura alcança os ? 
 
5. O elemento ativo de um laser é uma haste de vidro de de comprimento e 
 de diâmetro. Seja o coeficiente de dilatação linear do vidro igual a 
 . Se a temperatura da haste aumenta , qual é o aumento em: 
 
a. Comprimento da haste; 
b. No diâmetro da haste; 
c. No volume da haste. 
 
 
Respostas: 
 
1. ) ) 
2. 
3. ) ) 
4. ; 
5. ) ) )