Apostila sobre Fenomenos Termicos

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UP-FCNM - Departamento de Física 
 
 
Fenómenos Térmicos 
Autor: Daniel António Cossa 
 
Maputo, 2016 
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UP-FCNM - Departamento de Física 
 
Índice 
1. Introdução ................................................................................................................................. 4 
2. Objectivos ................................................................................................................................. 5 
2.1. Objectivo geral ......................................................................................................................... 5 
2.2. Objectivos específicos ............................................................................................................. 5 
3. Conteúdos ................................................................................................................................... 6 
3.1. Conceito de temperatura .......................................................................................................... 6 
3.2. Termómetro.............................................................................................................................. 6 
3.2.1. Constituição e funcionamento............................................................................................... 6 
3.2.2. Graduação do termómetro ..................................................................................................... 7 
3.2.2.1. Ponto do gelo ..................................................................................................................... 7 
3.2.2.2. Ponto do vapor ................................................................................................................... 8 
3.2.3. Experiências simples – Sensação de quente ou frio .............................................................. 9 
3.3. Escalas termométricas ............................................................................................................ 10 
3.3.1. Escala celsius ...................................................................................................................... 11 
3.3.2. Escala Fahrenheit ................................................................................................................ 11 
3.3.3. Escala Kelvin ...................................................................................................................... 12 
3.3.4. Relação entre as escalas termométricas .............................................................................. 12 
3.4. Experiências Simples - Termómetro caseiro ......................................................................... 13 
3.5. Dilatação térmica ................................................................................................................... 15 
3.5.1. Dilatação linear dos sólidos ................................................................................................ 16 
3.5.2. Dilatação superficial dos sólidos ........................................................................................ 17 
3.5.3. Dilatação volumétrica dos sólidos ...................................................................................... 18 
3.5.4. Dilatação dos líquidos e dos gases ...................................................................................... 19 
3.5.5. Experiências Simples – Dilatação dos sólidos .................................................................... 20 
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3.6. Exercícios resolvidos ............................................................................................................. 21 
3.7. Exercícios de aplicação .......................................................................................................... 23 
3.8. Conceito de calor ................................................................................................................... 24 
3.9. Transferência de calor ............................................................................................................ 25 
3.9.1. Condução ............................................................................................................................ 26 
3.9.2. Convecção ........................................................................................................................... 27 
3.9.3. Radiação .............................................................................................................................. 28 
4. Efeito de calor na natureza ........................................................................................................ 29 
4.1. Gases de efeito de estufa ........................................................................................................ 31 
5. Equilíbrio térmico ..................................................................................................................... 32 
6. Exercícios de aplicação ............................................................................................................. 33 
7. Conclusão .................................................................................................................................. 37 
8. Bibliografia ............................................................................................................................... 37 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. Introdução 
 
A presente brochura tem como finalidade facilitar a aprendizagem significativa dos conceitos 
mais importantes de Física Térmica para alunos do ensino secundário geral, em particular aos 
alunos da 9ª classe. 
Em uma sociedade na qual o conhecimento científico associado à Física, manifesto em sua 
crescente intervenção da tecnologia no dia-a-dia, desempenha um papel fundamental no 
desenvolvimento socioeconómico e cultural, não é possível pensar na formação de um cidadão 
crítico à margem desses saberes. 
Nesse contexto, o estudo da Física é primordial para os futuros professores de física Ensino 
Secundário, pois nessa etapa os alunos terão pela primeira vez o contacto com situações de 
ensino de concepções e conceitos científicos que serão fundamentais nos processos de 
aprendizagem das n Ciências subsequentes. 
Deste modo elaborou-se esta brochura com o objectivo de auxiliar aos professores em exercício 
no estudo mais amplo dos fenómenos térmicos, incluindo o conceito de temperatura, calor, entre 
outros aspectos, procurando vincular os conceitos físicos com questões relacionadas à vida 
quotidiana, tais como o funcionamento do refrigerador, ar-condicionado, aquecedor solar e 
garrafa térmica, entre outros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. Objectivos 
 
2.1. Objectivo geral 
 Compreender os fenómenos térmicos 
2.2. Objectivos específicos 
 Distinguir os fenómenos térmicos na natureza; 
 Explicar a grandeza física temperatura; 
 Relacionar as diferentes escalas termométricas, fazendo conversão de unidades; 
 Explicar as diferentes formas de transmissão de calor; 
 Identificar fenómenos naturais que se devem à energia calorífica; 
 Explicar a troca de calor entre corpos com base no equilíbrio térmico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3. Conteúdos 
 
3.1. Conceito de temperatura 
A ideia macroscópica sobre temperatura tem origem na sensação que nos diz se um corpo está 
frio ou quente. A temperatura relaciona-se com a agitação das partículas que constituem a 
matéria. Assim, quanto mais rápidos forem os movimentos das partículas, maior será a 
temperatura do corpo e vice-versa.Como este facto se verifica com qualquer substância, podemos afirmar que a temperatura mede o 
grau de agitação das partículas que constituem a matéria. 
Quando tocamos um corpo, nossa sensibilidade térmica nos permite fazer uma estimativa 
qualitativa de sua temperatura. Tal estimativa é proporcionada através do nosso tato, que pode 
nos levar a situações enganosas de temperatura. Mas sendo esta uma grandeza física, é 
necessário ser determinada quantitativamente através de medições e o seu valor expresso através 
de uma unidade. O instrumento de medição da temperatura é o termómetro. 
 
3.2. Termómetro 
Um termómetro é um instrumento que mede quantitativamente a temperatura de um sistema. A 
maneira mais fácil de se fazer isso é achar uma substância que possua uma propriedade que se 
modifica de modo regular com a temperatura. 
Substância termométrica: é aquela que tem pelo menos uma de suas propriedades físicas 
(comprimento, volume, pressão, resistência eléctrica, etc.) variando de forma mensurável com a 
temperatura. 
Grandeza termométrica: é a propriedade física da substância que varia de forma mensurável 
com a temperatura, sendo usada para medi-la. 
3.2.1. Constituição e funcionamento 
O termómetro mais comum consiste em um capilar de vidro, adaptado a um pequeno bulbo, 
também de vidro, contendo o metal mercúrio no estado líquido. 
Funciona como grandeza termométrica o comprimento da coluna capilar de mercúrio. 
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Fig. 1. Termómetro de mercúrio 
3.2.2. Graduação do termómetro 
Na graduação de um termómetro, costuma-se atribuir pontos de referência para as temperaturas, 
que correspondem a estados térmicos bem determinados e de fácil obtenção na prática: são os 
chamados pontos fixos. Os dois pontos fixos mais utilizados na construção de escalas de 
temperatura são: o ponto do gelo e o ponto do vapor. 
 
3.2.2.1. Ponto do gelo 
 
Corresponde à fusão do gelo sob pressão de 1atm. O termómetro é colocado em gelo moído em 
equilíbrio térmico com água (gelo fundente). Observe que o mercúrio desce. Pouco depois ele 
estaciona. Enquanto durar a fusão de gelo, o mercúrio manterá a sua posição conforme ilustra a 
figura 2. 
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Fig. 2. Ponto de fusão 
3.2.2.2. Ponto do vapor 
Corresponde à ebulição da água, sob pressão de 1atm. Expondo agora o termómetro aos vapores 
de água em ebulição, tomando o cuidado de não tocar a superfície. Observa-se que o mercúrio 
sobe conforme a figura 3. 
 
Fig. 3. Ponto de ebulição 
 
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3.2.3. Experiências simples – Sensação de quente ou frio 
A noção de temperatura vem da sensação de quente ou frio. Analisando os problemas que esta 
definição pode trazer, é importante realizar as experiências sugeridas a seguir. 
a) Material 
- 3 Copos de plástico 
- 3 Termómetros de laboratório 
- 1 Pedaço de alumínio furado 
- 1 Pedaço de madeira furada 
- 1 Pedaço de PVC furado 
- Água de torneira e água aquecida 
- Gelo 
b) Procedimento 
1º - Sensação de frio 
Pegue um pedaço de alumínio, um de madeira e um de PVC. Tente descobrir, através do tato, 
qual dos objectos é: 
- Mais frio 
- Médio 
 - Mais quente 
As temperaturas dos objectos são diferentes entre si? Por quê? 
2º - Coloque um termómetro nos furos destes objectos, espere alguns minutos e leia a 
temperatura. As temperaturas são iguais ou diferentes? 
3º - Agora monte a experiência da Figura 4. 
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Fig. 4. Sensação de quente ou frio 
Mergulhe um dedo da mão esquerda no copo (1) e um dedo da mão direita no copo (3). Agite os 
dois dedos que deverão estar mergulhados até o fundo dos copos. Conte até 30 e, em seguida, 
coloque os dois dedos simultaneamente no copo do meio (2) sem que cheguem totalmente ao 
fundo. O que sentiu nos dedos? Anote as temperaturas da água nos copos. Comente se podemos 
considerar o tato como um bom medidor de temperatura. 
3.3. Escalas termométricas 
Chama-se escala termométrica a sequência ordenada das temperaturas que definem, em graus, 
todos os estados térmicos, ordenados dos mais frios aos mais quentes. 
As escalas estabelecidas atribuindo valores arbitrários aos pontos fixos são denominadas escalas 
termométricas relativas. 
Ao longo dos anos, os cientistas de vários países foram atribuindo convecções diferentes, 
surgindo assim varias escalas termométricas. 
As três mais conhecidas e utilizadas, actualmente adoptadas em quase todos os países do mundo, 
são as seguintes: 
- Escala celsius 
- Escala Fahrenheit 
- Escala Kelvin 
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3.3.1. Escala celsius 
 
Foi proposta por Anders Celsius, um astrónomo sueco em 1742. Ele escolheu como pontos fixos 
(os quais a sua escala seria baseada) os pontos de fusão do gelo e de ebulição da água. Ele 
colocou um termómetro dentro de uma mistura de água e gelo a pressão de 1atm, em equilíbrio 
térmico, e na posição onde o líquido de mercúrio estabilizou marcou o ponto zero. Por isso é que 
se diz que a temperatura a que o gelo funde (ou a água congela) é zero graus celsius, 0ºC. 
Depois colocou o termómetro na água em ebulição e onde o mercúrio estabilizou marcou o ponto 
100. 
Diz-se então que a temperatura a que a água ferve (a pressão de 1atm) é cem graus celsius, 
100ºC. 
O intervalo entre 0ºC e 100ºC, divide-se em 100 partes iguais, daí esta escala chamar-se também 
de escala centígrada. 
A escala celsius é a mais comum de todas escalas termométricas. 
 
3.3.2. Escala Fahrenheit 
 
Esta escala foi criada pelo inventor do termómetro de mercúrio, Daniel Gabriel Fahrenheit, por 
volta de 1714. Inicialmente, ele colocou seu termómetro, ainda sem nenhuma escala, dentro de 
água, gelo e sal de amónio. 
O mercúrio ficou estacionado em determinada posição, a qual marcou e chamou de zero. Depois 
colocou este mesmo termómetro para determinar um segundo ponto, a temperatura do corpo 
humano. 
Quando o mercúrio novamente estacionou em determinada posição ele marcou e chamou de 100. 
Depois foi só dividir o espaço entre zero e o 100 em cem partes iguais. Estava criada a escala 
Fahrenheit. 
Depois disso, quando Fahrenheit colocou seu termómetro graduado numa mistura de água e gelo, 
obteve o valor de 32ºF, e quando colocou-o em água fervendo obteve o valor de 212ºF. Portanto 
na escala Fahrenheit a água passa para o estado sólido a 32ºF e ferve a 212ºF. 
Esta escala é mais usada nos países de língua inglesa. 
 
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3.3.3. Escala Kelvin 
 
Foi criada em 1847 por William Thomson, que depois ficou conhecido como Lorde Kelvin. É 
usada em trabalhos científicos e é conhecido por zero absoluto, porque é a temperatura mínima 
de agitação das moléculas, que corresponde a aproximadamente a -273ºC. 
O ponto de fusão do gelo nessa escala, corresponde a 273K, ou seja, nessa temperatura, o gelo 
começa a descongelar. 
O ponto de ebulição da água é de 373K, ou seja, nessa temperatura a água começa a se 
transformar em gás. Essa escala é do sistema internacional de unidades (SI). 
 
3.3.4. Relação entre as escalas termométricas 
 
Colocando-se, em um mesmo ambiente, três termómetros: um Celsius, um Fahrenheit e outro 
Kelvin. E supondo que, no equilíbrio térmico, o Celsius fornece a leitura , o Fahrenheit a 
leitura e o Kelvin a leitura . 
Estas diferentes leituras representam, em escalas diferentes, uma mesma temperatura: a 
temperatura do ambiente. Analogamente 0ºC, 32ºF e 273K representam uma mesma 
temperatura: o ponto de gelo.Da mesma forma: 100ºC, 212ºF e 373K representam uma mesma temperatura: o ponto de vapor. 
As três escalas citadas estão, esquematicamente, representadas abaixo: 
 
 
Fig. 5. Correspondência entre as três escalas termométricas: Celsius, Fahrenheit e Kelvin 
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 ( C – 0) ºC = ( F – 32) ºF = ( K – 273) K. 
Analogamente, para o intervalo de temperatura v - g, teremos: 
(100 – 0)ºC = (212 – 32)ºF = (373 – 273) K. 
Dividindo ordenadamente: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Simplificando: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Escolhendo as igualdades convenientes pode-se facilmente converter leituras de uma escala para 
outra. 
 
3.4. Experiências Simples - Termómetro caseiro 
 
O termómetro caseiro que construiremos apresentará inconvenientes, no entanto, permitirá 
entender toda a técnica de construção de escalas termométricas, analisar as escolhas dos pontos 
fixos, fazer medidas aproximadas de temperatura e poderá ser usado durante um dia inteiro. 
 
a) Material: 
- 1 Vidro de remédio ou um tubo de ensaio; 
- 1 Tubo de vidro ou tubo transparente rígido (caneta esferográfica); 
- 1 Régua; 
- 1 Rolha com furo central de diâmetro igual ao externo do tubo de vidro; 
- 1 Recipiente para colocar água; 
- Gelo picado; 
- 1 Termómetro (-10 a 110ºC); 
- 1 Lamparina a álcool; 
- Álcool; 
- Corante (tinta). 
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 b) Procedimento 
1. Introduza o tubo de vidro fino através do furo, tomando o cuidado que fique bem vedado 
(Figura 6-a); 
2. Coloque no tubo de ensaio (vidro de remédio) álcool com corante (Figura 6-b); 
3. Feche o tubo de ensaio com a rolha furada, tomando cuidado que não fique ar entre o álcool e 
a rolha (Figura 6-c); 
4. Recorte a cartolina (do mesmo tamanho que a régua) e cole na régua; 
5. Fixe a régua revestida no tubo; 
6. Coloque o tubo imerso na mistura de água com gelo picado (Figura 6-d). Espere 
aproximadamente dois minutos e marque na cartolina o ponto correspondente à altura da coluna 
de líquido; 
7. Coloque o tubo imerso na água a 50ºC (Figura 6-e). Espere aproximadamente dois minutos e 
marque na cartolina o ponto correspondente à altura da coluna de líquido; 
8. Agora você tem dados suficientes para construir uma escala para o seu termómetro, pois 
conhece dois de seus pares: ho ==> 0ºC e h1 ==> 50ºC. Meça a distância correspondente ao 
intervalo de 0ºC a 50ºC (h1 — ho) e calcule por regra de três simples a distância correspondente 
a 1ºC. Com isso, você pode fazer marcas no tubo de 1 em 1ºC, desde 0ºC até 50ºC. 
9. Coloque o termómetro em contacto com seu corpo. Ele deverá marcar aproximadamente 37ºC. 
 
 
Fig. 6. Passos iniciais para a montagem de um termómetro caseiro 
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3.5. Dilatação térmica 
A variação da temperatura modifica as propriedades físicas dos materiais. O aumento da agitação 
térmica das moléculas provoca um distanciamento maior entre elas (figura 7), provocando então 
uma variação nas dimensões desse corpo, a chamada dilatação térmica. Se, ao contrário, temos 
uma diminuição de temperatura, observamos o efeito contrário, a contracção térmica. 
 
 
Fig. 7. Efeito da dilatação térmica 
De forma mais simples, define-se dilatação térmica como sendo o fenómeno pelo qual um corpo 
sofre uma variação nas suas dimensões, quando sujeito a uma variação de temperatura. 
Esse efeito depende do estado de agitação térmica da substância. Os corpos sólidos, por terem 
forças intermoleculares mais fortes, dilatam-se e contraem-se bem menos que líquidos e gases, 
onde as forças actuantes são bem menores. 
 A dilatação térmica é algo muito comum no nosso dia - a - dia, pois os objectos são 
constantemente submetidos a variações de temperatura. 
Na engenharia, esse fenómeno deve ser considerado na construção de algumas edificações, como 
por exemplo, na construção de pontes e viadutos. Pode-se perceber ainda, que é devido aos 
efeitos da dilatação, que se deixam espaços entre os trilhos de comboio em uma linha férrea. 
Estes espaços são para que não ocorra deformação da mesma devido a variação de temperatura. 
Nos sólidos, o aumento ou diminuição da temperatura provoca alteração nas dimensões lineares, 
como também nas dimensões superficiais e volumétricas. 
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3.5.1. Dilatação linear dos sólidos 
É a variação do comprimento de um material sólido, isto é, de uma dimensão, pelo aquecimento. 
Para melhor compreender a dilatação linear observe a figura 8 que demonstra a expansão de uma 
barra metálica de comprimento após a mesma ser aquecida. Nota-se que seu comprimento 
passa a um comprimento final igual a L quando sua temperatura passa de um valor para um 
valor . 
 
Fig. 8. Dilatação linear do sólido 
Pode-se dizer matematicamente que a dilatação é: 
Se essa barra metálica for homogénea (massa distribuída de forma uniforme na barra) é fácil 
compreender que cada unidade de comprimento da barra, após ser aquecida, sofre a mesma 
dilatação por unidade de variação de temperatura, ou seja, todos os pontos da barra devem sofrer 
a mesma dilatação se for aquecida igualmente. Por exemplo, Imagine duas barras do mesmo 
material, mas de comprimentos diferentes. Quando aquecemos estas barras notaremos que a 
maior dilatará mais que menor. Nota-se ainda que quando a barra é aquecida verifica-se que a 
variação do comprimento da mesma é proporcional à variação da temperatura sofrida por ela. 
Quando aquecemos igualmente duas barras de mesmo comprimento, mas de materiais diferentes, 
notaremos que a dilatação será diferente nas barras. Podemos concluir que a dilatação depende 
do material (substância) da barra. 
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Assim, podemos escrever a seguinte equação para determinar a variação de comprimento da 
barra: 
Onde: ΔL é a variação do comprimento; 
 é a variação da temperatura; 
 é uma constante de proporcionalidade denominada de coeficiente de dilatação linear, e 
a sua unidade é o . 
A partir das duas equações anteriores pode-se determinar uma equação que permita calcular o 
comprimento final da barra: ( ) 
 
3.5.2. Dilatação superficial dos sólidos 
 
É aquela em que predomina a variação em duas dimensões, ou seja, a variação da área. 
Considere a placa metálica descrita na figura 9: 
 
Fig. 9. Dilatação superficial do sólido 
Inicialmente a temperatura inicial é , a placa tem área inicial . Após ser aquecida por uma 
fonte de calor a sua área ganha novas dimensões, ou seja, ela se expande em razão do aumento 
no grau de agitação das moléculas que a compõem. 
Com temperatura final a placa metálica passa a ter área final . A variação de área sofrida pela 
placa pode ser determinada da seguinte forma: – 
Experimentalmente pode-se mostrar que a variação da área sofrida pela placa é proporcional à 
variação da temperatura sofrida pela mesma, matematicamente temos a seguinte relação que 
determina a dilatação superficial: 
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Onde: β é o coeficiente de dilatação térmica superficial do material que constitui a placa, ele é 
igual a duas vezes o valor do coeficiente de dilatação térmica linear (material isotrópico), ou 
seja, 
 
3.5.3. Dilatação volumétrica dos sólidos 
 
É aquela em que as três dimensões do corpo sofrem variação em três dimensões, ou seja, ocorre 
a variação do volume do corpo.Para estudarmos este tipo de dilatação podemos imaginar um cubo metálico de volume inicial 
 e temperatura inicial . Se o aquecermos até a temperatura final, seu volume passará a ter 
um valor final igual a . 
 
Fig. 10. Dilatação volumétrica do sólido 
A dilatação volumétrica ocorreu de forma análoga ao da dilatação linear; portanto podemos obter 
as equações da variação de volume sofrida pelo cubo: – 
Experimentalmente pode-se mostrar que a variação de volume sofrido pelo cubo é proporcional à 
variação da temperatura, e matematicamente tem-se a seguinte relação que determina a dilatação 
volumétrica: 
Onde é chamado de coeficiente de dilatação volumétrico do material que constitui o cubo, e 
ele é igual a três vezes o valor do coeficiente de dilatação térmica linear ( ). 
 
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3.5.4. Dilatação dos líquidos e dos gases 
 
Os líquidos e gases assim como os sólidos sofrem dilatação ao serem aquecidos e contracção ao 
serem resfriados, porém, não tem sentido falar em coeficiente de dilatação linear ou superficial 
de líquidos e gases, pois estes não têm forma própria, sendo assim só se determina o coeficiente 
de dilatação volumétrica. 
Outro fato importante quando se fala em dilatação de líquidos e gases, é perceber que devido ao 
fato de neste estado as moléculas estarem menos fortemente ligadas entre si, eles sofrem maior 
dilatação e maior contracção que os sólidos. 
Suponhamos que se queira medir o coeficiente de dilatação real (real) de um determinado 
líquido. Para isso enche-se completamente um recipiente com o líquido, à temperatura inicial . 
O volume inicial do recipiente e do líquido é . Ao se aquecer o conjunto até a temperatura 
final T, o recipiente e o líquido se dilatam, porém como o líquido sofre uma maior dilatação, 
certa quantidade de líquido vai ser transbordada pois o coeficiente de dilatação do líquido é 
maior que o do recipiente. O volume de líquido transbordado neste caso chama-se dilatação 
aparente do líquido ( ). 
 
Fig. 11. Dilatação do líquido 
A dilatação real (total) do líquido ( ) é a soma do volume de líquido transbordado 
(dilatação aparente ) com a dilatação do recipiente ( ): 
 
 
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3.5.5. Experiências Simples – Dilatação dos sólidos 
 
1º) Dilatação de um aro 
A experiência tem como objectivo mostrar que quando um aro é aquecido o seu diâmetro 
aumenta. 
a) Material 
- 20 Cm de fio de alumínio rígido de 6,0 mm de diâmetro; 
- Parte externa de uma caneta; 
- Uma esfera de aço; 
- Uma lamparina. 
b) Procedimento 
Passe uma das extremidades do fio em volta da esfera, fixando-a, conforme a Figura 12-a. Tenha 
o cuidado de que a esfera não passe pelo aro. Prenda a outra extremidade no plástico da caneta, 
conforme a Figura 12-b. Retire a esfera e aqueça o aro por aproximadamente 2 min, conforme a 
Figura 12-c. 
 
Fig. 12 – a, b, e c 
Verifique o que ocorre quando a esfera é colocada no aro aquecido. Como você explica o 
ocorrido? 
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2º) Lâmina Bimetálica 
A experiência tem como identificar qual dos materiais possui maior coeficiente de dilatação. 
a) Material 
- Um pedaço de papel alumínio; 
- Um pedaço de cartolina; 
- Cola para papel; 
- Tesoura; 
- Uma lamparina. 
b) Procedimento 
Recorte uma tira rectangular de cartolina com dimensões aproximadas de 2 cm por 10 cm e 
forre, totalmente, uma das faces com papel alumínio. Segure a tira por uma das extremidades, na 
posição horizontal. Aproxime a tira da chama, evitando grande aproximação, de modo que a face 
aluminizada fique voltada para a chama. Repita o procedimento, colocando agora a face não 
forrada voltada para chama. 
Com base nas observações, responda: 
1º- Quando o lado aluminizado está voltado para a chama, para onde a tira se curva? 
2º- Quando o lado aluminizado está voltado para cima, para onde a tira se curva? 
3º- Explique os encurvamentos observados. 
3.6. Exercícios resolvidos 
1. Converte para Kelvin 
a) b) 
2. Converte para graus celsius 
a) b) 
3. Converte para graus fahrenheit 
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a) b) 
Resolução dos exercícios 
1. a) Dados 
 
 
 
Formula 
 
Resolução 
Resolução 
 
 
b) Dados 
 
 
Formula 
 (
 
 
) 
 
 Resolução 
R (
 
 
) 
 
 
2. a) Dados 
 
 
Formula 
 
Resolução 
Resolução 
 
 
b) Dados 
 
 
Formula 
 (
 
 
) 
Resolução 
Resolução 
 (
 
 
) 
 
 
3. a) Dados 
 
 
Formula 
 
 
 
 
Resolução 
 
 
 
 
 
 
b) Dados 
 
 
Formula 
 (
 
 
) 
 
Resolução 
 (
 
 
)
 
 
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3.7. Exercícios de aplicação 
 
1. O que entendes por temperatura? Qual é o instrumento usado para medir esta grandeza? 
2. Cite os pontos fixos mais utilizados na construção de escalas de temperatura. 
3. Quais são os pontos fixos das escalas Celsius e Fahrenheit? 
4. A temperatura de um gás é de 127°C. Qual é o valor dessa temperatura medida por um 
cientista? 
5. Um viajante, ao desembarcar de um avião no aeroporto de Londres, verificou que a 
temperatura indicada em um termómetro era 14°F. Qual era a indicação dessa temperatura 
em um termómetro graduado na escala Celsius? 
6. Um viajante, ao desembarcar no aeroporto de Londres, observou que o valor da temperatura 
do ambiente na escala Fahrenheit é o quíntuplo do valor da temperatura na escala Celsius. 
Essa temperatura é de: 
a) 5°C b) 10 °C c) 15 °C d) 20 °C e) 25 °C 
7. Um tanque cheio de gasolina de um automóvel, quando exposto ao sol por algum tempo, 
derrama uma certa quantidade desse combustível. Desse facto, conclui-se que: 
a. Só a gasolina se dilatou. 
b. A quantidade de gasolina derramada representa sua dilatação real. 
c. A quantidade de gasolina derramada representa sua dilatação aparente. 
d. O tanque dilatou mais que a gasolina. 
e. A dilatação aparente da gasolina é igual à dilatação do tanque. 
7. Um motorista retira o carro da garagem, que está a 15°C, passa pelo posto de gasolina e enche 
o tanque. Em seguida, deixa o carro estacionado ao sol. Após um certo tempo, ao voltar ao carro, 
verifica que a temperatura do carro é 40°C e que derramou-se uma certa quantidade de gasolina 
do tanque. 
Assim, some os valores que correspondem às sentenças corretas. 
 
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01. O volume do tanque de combustível do carro diminuiu. 
02. A gasolina sofreu dilatação. 
04. A gasolina e o tanque sofreram dilatação. 
08. O volume de gasolina que vazou é igual à variação de volume da gasolina. 
16. A dilatação real da gasolina foi menor do que a dilatação do tanque. 
3.8. Conceito de calor 
Para melhor compreender o conceito de calor, vamos considerar duas situações que podem 
ocorrer: 
 Deixar uma chávena de chá quente em cima de uma mesa. 
Depois de algum tempo, o chá arrefece. 
 Deixar um cubo de gelo num prato durante o mesmo tempo. 
O cubo de gelo derrete porque aqueceu. 
Analisando essas duas situações, podemos dizer que, em relação ao ar ambiente, o chá é mais 
quente e o cubo de gelo é mais frio.Por isso, o chá transferiu energia para o ar e o cubo de gelo recebeu energia de ar, ou seja, houve 
uma transferência de energia térmica. 
Desse modo, define-se calor é a energia que é transferida de um corpo para outro, 
exclusivamente devido à diferença de temperatura existente entre os corpos. 
 
Fig. 13. O calor é transferido do corpo quente para o corpo frio 
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Do ponto de vista microscópico, calor é a energia cinética total dos átomos e moléculas que 
compõem uma substância. 
Como o calor só existe quando há transferência de emergia, podemos concluir que o calor não é 
propriedade do sistema. 
Em contrapartida, a temperatura é uma propriedade é uma propriedade característica da matéria, 
pois depende do grau de agitação das partículas. 
Quando ocorre uma transferência de energia sob a forma de calor entre dois corpos, a 
temperatura dos corpos vária. Assim: 
 À medida que o corpo quente for cedendo energia em forma de calor, sua temperatura irá 
diminuir. 
 À medida que o corpo frio for recebendo calor, sua temperatura irá aumentar. 
Evidentemente, haverá um instante em que essas temperaturas se igualarão e cessará a troca de 
calor entre os dois corpos. 
 
3.9. Transferência de calor 
 
Em diversos momentos na nossa vida podemos presenciar, e até mesmo sentir, a transferência de 
calor entre dois ou mais corpos. Na cozinha por exemplo, diariamente para preparar os alimentos 
precisamos aquecê-los; ao terminar de prepará-los, eles começam a esfriar até ficar na mesma 
temperatura do ambiente. Nesse exemplo a troca de calor ocorreu entre a panela onde estavam os 
alimentos e o ar que a rodeava. Não é por acaso que sentimos a sensação de a cozinha estar 
quente, na verdade ela recebe o calor dos corpos aquecidos em seu interior. 
Sendo assim, define-se transferência de calor como sendo a transferência de energia de uma 
região para outra como resultado de uma diferença de temperatura entre elas. 
É necessário o entendimento dos processos físicos que permitem a transferência de calor de 
modo a poder quantificar a energia transferida na unidade de tempo (taxa). 
A transferência de energia sob forma de calor pode ocorrer por três processos físicos diferentes, 
nomeadamente: Condução, Convecção e radiação. 
 
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3.9.1. Condução 
 
A condução é o processo pelo qual o calor se transmite ao longo de um meio material, como 
efeito da transmissão de vibração entre as moléculas. As moléculas mais energéticas (maior 
temperatura) transmitem energia para as menos energéticas (menor temperatura). 
Na condução, a transmissão do calor de uma região para a outra ocorre da seguinte maneira: na 
região mais quente, as partículas têm mais energia térmica, vibrando com mais intensidade; com 
essa vibração, cada partícula transmite energia para a partícula vizinha, que, ao receber energia, 
passa a vibrar com maior intensidade; esta transmite energia para a seguinte e, assim, 
sucessivamente. 
 
Fig. 14. Transmissão de calor por condução 
Como a transmissão do calor ocorre, por condução, mediante a transferência de energia de 
partícula para partícula, concluímos que: A condução de calor é um processo que necessita da 
presença do meio material e, portanto, não ocorre no vácuo. 
Há materiais que conduzem o calor rapidamente, como por exemplo, os metais. Tais materiais 
são chamados de bons condutores. 
Podemos perceber isso analisando o experimento ilustrado na figura: 
 
 
Fig. 15. Experimento sobre condução 
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Segurando uma barra de metal que tem uma extremidade sobre uma chama, rapidamente o calor 
é transmitido para a mão. 
Por outro lado, há materiais nos quais o calor se propaga muito lentamente. Tais materiais são 
chamados isolantes. Como exemplo, podemos citar a borracha, a lã, e o isopor. 
 
3.9.2. Convecção 
 
A convecção térmica é o processo de transmissão do calor de um local para o outro pelo 
deslocamento de matéria. 
Se o material aquecido for forçado a se mover por intermédio de uma bomba, o processo é 
chamado convecção forçada; se o faz por causa de diferenças de densidade, é chamado de 
convecção natural. 
A convecção ocorre no interior de fluidos (líquidos e gases) como consequência da diferença de 
densidades entre diferentes partes do fluido. Por exemplo, consideremos o caso ilustrado na 
figura 16, em que um recipiente contendo água é colocado sobre uma chama. 
 
 
Fig. 16. Transmissão de calor por convecção 
Pelo aquecimento, a parte inferior da água dilata-se e fica com densidade menor que a parte 
superior. Com isso, ocorre uma corrente ascendente e outra descendente. Essas correntes são 
chamadas de correntes de convecção. 
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As correntes de convecção desempenham um papel de grande importância em situações de nossa 
vida diária. 
A formação dos ventos, devido à variação de densidade do ar, é o resultado das correntes de 
convecção da atmosfera. 
 
 
Fig. 17. Correntes de convecção da atmosfera 
3.9.3. Radiação 
Todos os corpos emitem ondas electromagnéticas, cuja intensidade aumenta com a temperatura. 
Essas ondas propagam-se no vácuo e é dessa maneira que a luz e o calor são transmitidos do Sol 
até a Terra. Entre as ondas electromagnéticas, as principais responsáveis pela transmissão do 
calor são as ondas infravermelhas. 
Quando chegamos perto de uma fogueira, uma lâmpada incandescente ou um aquecedor 
eléctrico, sentimos o calor emitido por essas fontes. Uma parcela desse calor pode vir por 
condução através do ar. Porém, essa parcela é pequena, pois o ar é mau condutor de calor. 
Na realidade, a maior parte do calor que recebemos dessas fontes vem por radiação de ondas 
electromagnéticas. 
De modo semelhante ao que acontece com a luz, as ondas de calor podem ser reflectidas por 
superfícies metálicas. É por esse motivo que a parte interior de uma garrafa térmica tem paredes 
espelhadas, para impedir a passagem de calor por radiação. 
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Sendo assim, podemos definir irradiação: 
Radiação térmica é um processo de transmissão do calor por meio de ondas electromagnéticas, 
predominando entre elas, as radiações infravermelhas (ondas de calor). 
Todos os corpos que possuem temperatura, inclusive o corpo humano, emitem radiação. 
O aquecimento dos corpos por radiação depende das características das suas superfícies. Assim, 
superfícies polidas e de cores aquecem menos, porque reflectem a maior parte da radiação que 
sobre elas incide. Como aquecem menos esses corpos são maus emissores de calor. 
Ao contrário, superfícies rugosas e escuras absorvem mais radiação e por isso aquecem mais, 
tornando-se corpos melhores emissores de calor. 
 
4. Efeito de calor na natureza 
 
Como já te apercebeste, o calor esta relacionado com muitos fenómenos naturais e 
acontecimentos do dia – a – dia. Desde a preparação dos nossos cozinhados até a formação de 
ventos, tudo está relacionado com a transferência de energia sob forma de calor. 
Mas um dos principais efeitos do calor na natureza é o efeito estufa, o mecanismo que regula e 
mantem a temperatura da terra. 
O efeito de estufa “é um processo que ocorre quando uma parte da radiação solar reflectida 
pela superfície terrestre é absorvida por determinados gases presentes na atmosfera. Como 
consequência disso, o calor fica retido, não sendo libertado para o espaço.” 
Este processo é muito importante, pois a temperatura media a superfície terrestre, juntamente 
com a existência de água e de uma atmosfera rica em oxigénio, são característicasúnicas que 
permitem a existência da vida no nosso planeta. 
Se o planeta terra estivesse desprovido da sua atmosfera (como um pedaço de rocha estéril a 
flutuar no espaço), a temperatura da sua superfície subiria durante o dia, mas desceria 
drasticamente à noite. A média da temperatura seria aproximadamente -18ºC, porem, com a 
presença da atmosfera, a temperatura média na terra é de aproximadamente 14,4ºC. 
A atmosfera aquece por absorver radiação infravermelha proveniente da superfície terrestre 
aquecida pelo sol. 
Por esse motivo quanto mais gases de efeito de estufa houver, tanto menos radiação poderá 
escapar da terra em direcção ao espaço e mais aumentara a temperatura do planeta. 
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O diagrama abaixo (figura 18) apresentado mostra o que acontece quando a luz solar chega a 
superfície da terra: 
 
Fig. 18. Entrada e saída da radiação 
 Cerca de 30% da luz solar é reflectida de volta para o espaço pelas nuvens, poeiras e pela 
superfície terrestre (sobretudo nas zonas em que esta é mais reflexiva, como as cobertas de 
gelo). 
 Aproximadamente 19% da luz solar é absorvida pela atmosfera, principalmente por acção 
das nuvens e do vapor de água. 
 Quase 51% da luz solar é absorvida pela superfície terrestre (campos, florestas, cidades, 
oceanos, etc.). 
A radiação solar que chega a terra encontra-se na sua maior parte, no segmento visível do 
espectro. Entretanto, a terra (que tem uma temperatura muito baixa do que o sol) emite menos 
energia, a maior parte da qual em comprimentos de onda infravermelhos, que são invisíveis ao 
olho nu. 
Uma parte da radiação que sai da superfície da terra passa através da atmosfera directamente 
para o espaço. 
A maior parte dela é absorvida por nuvens e gases de efeito de estufa (incluindo vapor de água), 
que, por sua vez, emitem as radiações de volta para a superfície terrestre e para o espaço. 
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Assim o balanço energético da terra é mantido em um harmonioso equilíbrio entre a radiação 
recebida proveniente do sol, e uma energia que é emitida pela superfície quente e a atmosfera 
mais fresca. 
Os dois principais componentes da atmosfera, o nitrogénio (78%) e oxigénio (20%), não são 
capazes de absorver a radiação terrestre, em parte devido a sua estrutura linear diatómica. Outros 
gases porém são compostos por três ou mais átomos, e as suas ramificações captam a energia de 
modo eficaz que não importa serem pouco abundantes na atmosfera. São estes os gases de efeito 
de estufa que mantem habitável o planeta. 
A maior parte dos gases do efeito de estufa encontram-se bem distribuídas por toda a troposfera, 
elevando-se até aos 8 a 16km de altitude, com excepção do vapor de água pois encontra-se mais 
concentrado junto a superfície terrestre. A troposfera torna-se mais fria a medida que se soube e 
por conseguinte, os gases do efeito de estufa são mais frios do que a superfície terrestre. Por isso 
irradia menos energia para o espaço do que a própria superfície terrestre. É esse o fenómeno que 
permite que se preserve uma quantidade maior de calor na atmosfera mantendo o planeta terra 
habitável. 
Quanto mais gases de efeito de estufa se acrescentar à atmosfera, tanto mais o planeta terra 
aquecera. A medida que o dióxido de carbono e outros gases de efeito de estufa acumulam-se 
dificultam a sua própria capacidade irradiar a radiação para o espaço, provocando um 
sobreaquecimento da atmosfera. Quando o efeito de excesso de gases se faz sentir, produz-se 
uma série de reajustamentos atmosféricos. Trata-se retroacções positivas que intensificam o 
aquecimento. 
A evaporação de mais água dos oceanos e lagos pode quase duplicar o impacto do aumento do 
dióxido de carbono. A fusão do gelo marítimo reduz a quantidade de luz solar reflectida para o 
espaço. 
4.1. Gases de efeito de estufa 
As principais substâncias indutoras do efeito estufa são: dióxido de carbono (CO2), metano 
(CH4), ozono (O3), vapor de água, clorofluorcarbonetos (CFCs) e óxido nítrico (N2O). 
 
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5. Equilíbrio térmico 
Quando dois corpos a temperaturas diferentes são colocados em contacto, inicia-se um processo 
de transferência de energia do corpo mais quente (o que tem maior temperatura) para o corpo 
mais frio (o que tem menor temperatura). 
Esse processo ocorre naturalmente e a energia transferida é, como já citamos, denominada calor. 
Como resultado da transferência de energia, a temperatura do corpo mais quente diminui e a do 
corpo mais frio aumenta. 
O processo de transferência de energia acaba quando os dois corpos atingem a mesma 
temperatura, ou seja, quando os dois corpos atingem um estado denominado equilíbrio térmico. 
Na situação inicial da Figura 19, o corpo A está a uma temperatura superior à do corpo B. Postos 
em contacto e isolados do meio externo, os dois corpos acabam por atingir a mesma temperatura 
final. 
 
Fig. 19. A figura representa dois corpos, inicialmente com temperaturas diferentes. Quando o 
equilíbrio térmico é atingido, as temperaturas passam a ser iguais. 
Quando colocamos uma lata de refrigerante no interior de uma geleira (Figura 20), normalmente 
a lata está mais quente do que o interior da geleira. Então o refrigerante vai esfriando até atingir a 
temperatura do interior da geleira. A partir daí não existe mais condições para a transferência de 
energia na forma de calor. 
 
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Fig. 20. O equilíbrio térmico entre a lata e a geleira 
Para medir a temperatura de um corpo colocamos um termómetro em contacto com ele. Se as 
temperaturas do corpo e do termómetro forem diferentes, a temperatura indicada pelo 
termómetro vária até se fixar em um determinado valor. Nesse instante o termómetro está em 
equilíbrio térmico com o corpo e a temperatura indicada é a temperatura comum do corpo e do 
termómetro. 
6. Exercícios de aplicação 
1. Calor é: 
A) Energia que aumenta em um corpo quando ele se aquece. 
B) Energia que sempre pode ser convertida integralmente em trabalho. 
C) O agente físico responsável pelo aquecimento dos corpos. 
D) Uma modalidade de energia em trânsito. 
 
2. Calor é a energia que se transfere de um corpo para outro em determinada condição. Para essa 
transferência de energia é necessário que entre os corpos exista: 
A) Vácuo. 
B) Contacto mecânico rígido. 
C) Ar ou um gás qualquer. 
D) Uma diferença de temperatura. 
 
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3. Escolha a opção que completa correctamente as lacunas do texto: "Por muito tempo, na 
história da Física, considerou-se que o calor era uma propriedade dos corpos, que a possuíam em 
uma quantidade finita. Este conceito erróneo desapareceu no final do século XVIII. 
 
E hoje sabe-se que calor é uma forma de (1) _____ e, portanto, não tem sentido falar em (2) 
_____ ―. 
A) Energia em trânsito / calor contido nos corpos. 
B) Temperatura / aquecimento dos corpos. 
C) Pressão / energia interna dos corpos. 
D) Força / trabalho realizado por um corpo. 
E) Momento / energia cinética de um corpo. 
 
4-Assinale a frase mais correta conceitualmente. 
A) "Estou com calor". 
B) "Vou medir a febre dele". 
C) "O dia está quente; estou recebendo muito calor". 
D) "O dia está frio; estou recebendo muito frio". 
E) As alternativas (C) e (D) estão corretas. 
 
5. Três corpos encostados entre si estão em equilíbrio térmico. Nessa situação: 
A) Os três corpos apresentam-se no mesmo estado físico. 
B) A temperatura dos três corpos é a mesma. 
C) O calor contido em cada um deles é o mesmo. 
D) O corpo de maior massatem mais calor que os outros dois. 
 
6. Dois corpos materiais, quando postos em contacto, trocam calor entre si, até atingir o 
equilíbrio térmico. Quando isso acontece, eles passam a ter iguais: 
A) Capacidades térmicas; 
B) Massas; 
C) Temperaturas; 
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D) Calores específicos; 
E) Quantidade de calor. 
7. Quando dois corpos de tamanhos diferentes estão em contato e em equilíbrio térmico, ambos 
isolados do meio ambiente, é correto afirmar que: 
A) O corpo maior é o mais quente. 
B) O corpo menor é o mais quente. 
C) O corpo maior cede calor para o corpo menor. 
D) Ambos possuem a mesma temperatura. 
E) O corpo menor cede calor para o corpo maior. 
 
8. Um copo de água está à temperatura ambiente de 30 °C. Joana coloca cubos de gelo dentro da 
água. A análise dessa situação permite afirmar que a temperatura da água irá diminuir porque: 
A) O gelo irá transferir frio para a água 
B) A água irá transferir calor para o gelo 
C) O gelo irá transferir frio para o meio ambiente 
D) A água irá transferir calor para o meio ambiente 
 
9. Uma panela com água está sendo aquecida num fogão. O calor das chamas se transmite 
através da parede do fundo da panela para água que está em contacto com essa parede e dai para 
o restante da água. Na ordem desta descrição, o calor se transmitiu predominantemente por: 
A) Radiação e convecção 
B) Radiação e condução 
C) Convecção e radiação 
D) Condução e convecção 
10. A transmissão de calor por convecção só é possível: 
A) No vácuo B) Nos líquidos C) Nos gases D) Nos sólidos 
E) Nos fluidos em geral 
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11. Observe as afirmações seguintes: 
O sol aquece a Terra por meio do processo de__________térmica; 
As panelas são feitas de metal porque esses materiais têm maior capacidade de transmissão de 
calor por__________; 
Os aparelhos de ar condicionado devem ficar na parte superior de uma sala para facilitar o 
processo de ___________. 
As palavras que completam as frases acima correctamente de acordo com os princípios físicos 
dos processos de transmissão de calor são, respectivamente: 
A) Condução, convecção, radiação; 
B) Convecção, radiação, condução; 
C) Radiação, convecção, condução; 
D) Radiação, condução, convecção. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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7. Conclusão 
O presente trabalho é uma brochura, realizado com o objectivo, de auxiliar o professor em 
exercício e o futuro professor de física em matérias relacionadas com os fenómenos térmicos, 
unidade I da 9ª classe. 
A brochura é resultado de uma série de tarefas realizadas na cadeira de Didáctica de Física II, 
que visam preparar o professor em formação para a vida profissional, munindo-o de 
conhecimentos científicos e sólidos, que vão guia-lo para uma vida profissional de sucesso. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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8. Bibliografia 
1. ALEXIEVA, Valia. Física 9ª Classe: Livro do Aluno. Plural Editores; 
2. BÔAS, Newton Villas; DOCA, Ricardo Helou & BISCUOLA, Gualter José. Tópicos de 
Física 2: Termologia, Ondulatória, Óptica. Manual do Professor. Editora saraiva. São 
Paulo. 1697; 
3. MARQUES, L. R. Nelson & ARAÚJO, S. Ives. Física térmica: Textos de apoio ao 
Professor de Física. Porto Alegre: UFRGS, Instituto de Física, 2009; 
4. Plano curricular do Ensino Secundário Geral, Ministério e Cultura, Maputo 2007. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Sobre o autor: 
Nome: Daniel António Cossa, nascido no dia 29 de Abril de 1995 em Maputo-Moçambique. 
Estudante de: 
 Física na Universidade Pedagógica de Moçambique - 3º Ano 
 Engenharia Eléctrica na Faculdade de Engenharia - UEM - 1º Ano