Apostila Alef

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Sumário 
Unidade 1: Termologia 
Capitulo 1: Termometria 
1.1 Temperatura .................................................................................................................................. 04 
1.2 Calor .............................................................................................................................................. 04 
1.3 Escala Celsius ............................................................................................................................... 05 
1.4 Escala Fahrenheit .......................................................................................................................... 05 
1.5 Escala kelvin .................................................................................................................................. 05 
1.6 Relação entre escalas ................................................................................................................... 05 
1.7 Sessão Leitura: Extremos de temperatura .................................................................................... 06 
1.8 Exercícios de fixação e exercício comentado ............................................................................... 07 
 
Capitulo 2: Dilatação Térmica 
2.1 Dilatação linear .............................................................................................................................. 10 
2.2 Dilatação superficial ....................................................................................................................... 11 
2.3 Dilatação volumétrica .................................................................................................................... 12 
2.4 Dilatação anômala da água ........................................................................................................... 12 
2.5 Sessão Leitura: Dilatação no cotidiano ......................................................................................... 13 
2.6 Exercícios de fixação e exercício comentado ............................................................................... 14 
 
Capitulo 3:Calorimetria 
3.1 Calor sensível ou especifico .......................................................................................................... 17 
3.2 Calor latente ................................................................................................................................... 17 
3.3 Capacidade térmica e calor especifico .......................................................................................... 17 
3.4 Sessão Leitura: Caloria nos alimentos .......................................................................................... 18 
3.5 Curva de aquecimento .................................................................................................................. 18 
3.6 Mudança de estado de agregação ................................................................................................ 19 
3.7 Diagrama de fase........................................................................................................................... 19 
3.8 Exercícios de fixação ..................................................................................................................... 20 
 
Capitulo 4: Transmissão de calor 
4.1 Condução ....................................................................................................................................... 23 
4.2 Convecção ..................................................................................................................................... 24 
4.3 Irradiação ....................................................................................................................................... 24 
4.4 Sessão leitura: Inversão térmica ................................................................................................... 25 
4.5 Sessão leitura: O efeito estufa na atmosfera terrestre .................................................................. 26 
4.6 Exercícios de fixação e exercício comentado ............................................................................. . 26 
 
 
 
Capitulo 5: Gases 
 5.1 Transformação Isotérmica ................................................................................................................ 30 
5.2 Transformação Isobárica ............................................................................................................. . 30 
5.3 Transformação Isométrica ............................................................................................................. 31 
5.4 Equação de Clapeyron .................................................................................................................. 32 
5.5 Energia Interna do gás .................................................................................................................. 32 
5.6 Sessão Leitura: Trabalho de um gás ............................................................................................. 32 
5.7 Exercícios de fixação ..................................................................................................................... 34 
 
Capitulo 6: Termodinâmica 
6.1 Lei Zero .......................................................................................................................................... 37 
6.2 Primeira Lei .................................................................................................................................. . 37 
6.3 Segunda Lei ................................................................................................................................. . 38 
6.4 Terceira Lei .................................................................................................................................... 38 
6.5 Máquinas térmicas ......................................................................................................................... 38 
6.6 Rendimento .................................................................................................................................... 40 
6.7 Ciclo de Carnot .............................................................................................................................. 40 
6.8 Sessão leitura: O funcionamento da geladeira .............................................................................. 42 
6.9 Sessão leitura: O motor de 4 tempos ............................................................................................ 43 
6.10 Entropia ........................................................................................................................................ 43 
6.11 Exercícios de fixação ................................................................................................................... 45 
 
Unidade 2: Fluido estática 
 
Capitulo 1: Conceitos iniciais 
1.1 Fluido ........................................................................................................................................... . 48 
1.2 Pressão ........................................................................................................................................ . 48 
1.3 Densidade ...................................................................................................................................... 49 
1.4 Pressão hidrostática ...................................................................................................................... 49 
1.5 Sessão Leitura: Pressão Atmosférica............................................................................................ 50 
1.6 Exercícios de Fixação ....................................................................................................................52 
 
Capitulo 2: Teorema e Aplicações de Fluido estática 
2.1 Teorema de Stevin......................................................................................................................... 54 
2.2 Teorema de Pascal ........................................................................................................................ 54 
2.3 Prensa Hidraulica........................................................................................................................... 55 
2.4 Principio de Arquimedes (Empuxo) ............................................................................................... 56 
2.5 Peso Aparente ............................................................................................................................... 57 
2.6 Sessão leitura: Funcionamento do canudinho ............................................................................. 57 
2.7 Exercícios de Fixação ................................................................................................................... 58 
 
Unidade 3: Gravitação 
 
Capitulo 1: Gravitação Universal 
1.1 Força Gravitacional ....................................................................................................................... 62 
1.2 Aceleração da gravidade .............................................................................................................. 63 
1.3 Sessão Leitura: Marés .................................................................................................................. 64 
1.4 Exercícios de fixação .................................................................................................................... 65 
 
Capitulo 2: Leis de Kepler 
2.1 Primeira Lei ................................................................................................................................... 69 
2.2 Segunda Lei .................................................................................................................................. 69 
2.3 Terceira Lei ................................................................................................................................... 70 
2.4 Sessão leitura: Ano-luz e estrelas ................................................................................................ 70 
2.5 Exercícios de fixação .................................................................................................................... 71 
 
 
Unidade 4: Física Moderna 
 
Capitulo 1: Radioatividade 
1.1 Emissões Alfa ............................................................................................................................... 74 
1.2 Emissões Beta .............................................................................................................................. 74 
1.3 Emissões Gama ............................................................................................................................ 74 
1.4 Meia-vida ...................................................................................................................................... 75 
1.5 Fissão nuclear ............................................................................................................................... 75 
1.6 Fusão nuclear ............................................................................................................................... 75 
1.7 Sessão leitura: nós e as radiações .............................................................................................. 75 
1.8 Sessão Leitura: O acidente nuclear de Chernobyl ....................................................................... 77 
1.9 Exercícios de fixação .................................................................................................................... 79 
 
Capitulo 2: Um pouco da nova física 
2.1 Efeito fotoelétrico .......................................................................................................................... 83 
2.2 Relatividade .................................................................................................................................. 85 
2.3 Sessão Leitura: Um pouco de historia da física ........................................................................... 85 
 
Gabarito dos exercícios de fixação ................................................................................................................. 86 
Exercícios do ENEM ........................................................................................................................................ 86 
Gabarito dos exercícios do ENEM .................................................................................................................. 90 
Referencias ....................................................................................................................................................... 91
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Unidade 1: Termologia 
“Não esconda os seus talentos. Para o uso eles foram feitos. O que é um relógio de sol na sombra?” 
-Benjamin Franklin 
 
Capitulo 1: Termometria 
Neste capitulo vamos iniciar o estudo do calor, o que é chamado termologia. Na física Inicialmente 
houve grande desenvolvimento da mecânica, seguida pela termologia e eletromagnetismo. No passado 
alguns pensadores acreditavam que o calor era um fluido invisível e muito leve chamado calórico, hoje 
sabemos que isso não é verdade. 
 
1.1) Temperatura 
Toda matéria é feita de átomos, e a ligação entre estes átomos formam as moléculas e todas 
moléculas sem exceção não cessam seus movimentos, essa é a base de toda termologia. Essencialmente 
temperatura é uma grandeza física que mede o estado de agitação das partículas de um corpo, sua energia 
cinética, caracterizando o seu estado térmico. Fisicamente o conceito dado a quente e frio é um pouco 
diferente do que costumamos usar no nosso cotidiano. Podemos definir como quente um corpo que tem 
suas moléculas agitando-se muito, ou seja, com alta energia cinética. Analogamente, um corpo frio, é 
aquele que tem baixa agitação das suas moléculas. 
Pense a respeito: Você saberia me dizer qual a temperatura exata do café em sua casa? Ou então 
a temperatura da agua que sai da sua torneira? Pois bem se você pensou em usar o seu tato saiba que ele 
é um método de verificação de temperatura muito limitado, você só saberia dizer quente, morno ou frio! E 
além do mais não podemos tocar em objetos muito quentes ou muito frios. (você não colocaria as mãos em 
água fervente e depois óleo fervente para saber qual está mais quente!) Como não se pode medir a 
vibração de cada partícula isoladamente mede-se a temperatura do conjunto, pelos aparelhos denominados 
termômetros. O termômetro mais comum é o de mercúrio, que consiste em um vidro graduado com um 
bulbo de paredes finas que é ligado a um tubo muito fino, chamado tubo capilar. Quando a temperatura do 
termômetro aumenta, as moléculas de mercúrio aumentam sua agitação fazendo com que este se dilate, 
preenchendo o tubo capilar. Para cada altura atingida pelo mercúrio está associada uma temperatura, A 
escala de cada termômetro corresponde a este valor de altura atingida. 
 
1.2) Calor 
Quando colocamos dois corpos com temperaturas diferentes em contato, podemos observar que a 
temperatura do corpo mais quente diminui, e a do corpo mais frio aumenta, até o momento em que ambos 
os corpos apresentem temperatura igual. Esta reação é causada pela passagem de energia térmica do 
corpo mais quente para o corpo o mais frio, a transferência de energia é o que chamamoscalor,(ou seja o 
calor é exclusivamente a energia em trânsito!) depois que ela é absorvida pelo corpo não pode ser chamada 
de calor. Por isso não é correto falar calor contido em um corpo. Outro fato importante como veremos no 
capítulo de termodinâmica é que calor flui naturalmente do corpo quente para o frio. 
 
 
5 
 
 
1.3) Escala Celsius 
A escala Celsius foi criada por Anders Celsius, um astrônomo sueco, ele escolheu como pontos 
fixos, os quais a sua escala seria baseada, os pontos de fusão do gelo (quando o gelo vira água) e de 
ebulição da água (quando a água ferve).Ele colocou um termômetro dentro de uma mistura de água e gelo, 
em equilíbrio térmico, e na posição onde o mercúrio estabilizou marcou o ponto zero. Depois colocou o 
termômetro na água em ebulição e onde o mercúrio estabilizou marcou o ponto 100. Estava criada a escala 
Celsius. Sua vantagem era que ela poderia ser reproduzida em qualquer canto do planeta, afinal, ao nível 
do mar, a água sempre vira gelo e ferve no mesmo ponto, e agora também na mesma temperatura. 
 
 1.4) Escala Fahrenheit 
Outra escala bastante utilizada, principalmente nos países de língua inglesa, criada por volta de 
1708 pelo físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736), inicialmente ele colocou seu termômetro, 
ainda sem nenhuma escala, dentro de uma mistura de água, gelo e sal de amônio. O mercúrio ficou 
estacionado em determinada posição, a qual ele marcou e chamou de zero. Depois ele colocou este 
mesmo termômetro para determinar um segundo ponto, a temperatura do corpo humano. Quando o 
mercúrio novamente estacionou em determinada posição ele a marcou e chamou de 100. Depois foi só 
dividir o espaço entre o zero e o 100 em cem partes iguais. Estava criada a escala Fahrenheit. 
 
 1.5) Escala Kelvin 
Também conhecida como escala absoluta, foi verificada pelo físico inglês William Thompson (1824-
1907), também conhecido como Lorde Kelvin. Esta escala tem como referência a temperatura do menor 
estado de agitação de qualquer molécula (0K) e é calculada a partir da escala Celsius. Por convenção, não 
se usa "grau" para esta escala, ou seja, 0K lê-se zero kelvin e não zero grau kelvin. 
Algumas temperaturas: 
 Escala 
Celsius 
Escala 
Fahrenheit 
Escala 
Kelvin 
Combustão da 
madeira 
250 482 523 
Combustão do papel 184 363 257 
Chama do gás natural 660 1220 933 
Superfície do Sol 5530 10000 5800 
Zero absoluto -273,15 -459,57 0 
1.6) Relações entre as escalas 
Os respectivos valores das escalas não são exatamente proporcionais, logo precisamos de no mínimo dois 
parâmetros em ambas escalas para podermos ter uma boa oportunidade de verificação dos índices 
pretendidos. 
 
Escala Fahrenheit em comparação com a escala Celsius: 
0°C=32°F; 
100°C=212°F. 
 
6 
 
 
Escala Kevin em comparação com a escala Celsius: 
-273°C=0K; 
0°C=273K; 
100°C=373K. 
Com o desenho abaixo fica mais claro a compreensão: 
 
 
 
Simplificando toda equação acima por 20, temos: 
 
1.7 Leitura: Os extremos de temperatura 
Dentre as menores temperaturas registradas cientistas do MIT (Massachusetts Institute of 
Technology) conseguiram resfriar gás de sódio à temperatura mais baixa já atingida, apenas meio 
bilionésimo de grau acima do zero absoluto (-273ºC), ou abaixo de um nano kelvin (um bilionésimo de 
grau) veremos mais a frente, no capitulo de termodinâmica que teoricamente não se pode alcançar o zero 
absoluto. A menor temperatura registrada fora de laboratórios foi de 89,02 graus abaixo de zero, em 21 de 
julho de 1983, na estação soviética de Vostók, na Antártida. 
 Por outro lado em Nova York cientistas atingiram a temperatura de 4 trilhões de graus Celsius, a 
mais alta da história em laboratório, quente o suficiente para desintegrar a matéria e transformá-la no tipo 
de sopa que existiu milionésimos de segundos depois do nascimento do Universo, Eles usaram um 
acelerador de partículas gigante do Laboratório Nacional de Brookhaven, do Departamento de Energia dos 
Estados Unidos, em Nova York, para bater íons de ouro na produção de explosões ultra quentes, que 
duraram apenas milésimos de segundos. Fora de laboratórios a mais alta temperatura que se tem notícia 
7 
 
 
na Terra, 58 graus centígrados, foi registrada na cidadezinha de El Azizia, perto de Trípoli, na Líbia, norte da 
África, em 13 de setembro de 1922. 
 
Fixação 
 
1.8 Exercícios de termometria 
1) Nas lâmpadas de filamento de tungstênio, a temperatura desse filamento atinge o valor de 2500°C. 
Determinar o valor dessa temperatura na Escala Fahrenheit. 
a) 2685°F 
b) 4532°F 
c) 3452°F 
d) 5234°F 
e) n.d.a. 
 
2) A temperatura de solidificação do mercúrio é de 39c°. Na escala Kelvin, essa temperatura corresponde a: 
a) 234K 
b) 239K 
c) 173K 
d) 34K 
e) 312K 
 
3) Um médico americano informa a um paciente que sua temperatura axilar vale 95°. Sabendo que os 
pontos do gelo e do vapor na escala Fahrenheit são respectivamente 32°F e 212°F, pode-se afirmar que a 
temperatura axilar do paciente vale em °C? 
a) 20°C 
b) 35°C 
c) 38°C 
d) 40°C 
e) 42°C 
 
4) O verão de 1994 foi particularmente quente nos Estados Unidos da América. A diferença entre a máxima 
temperatura do verão e a mínima no inverno anterior foi de 60°C. Qual o valor dessa diferença na escala 
Fahrenheit? 
a) 108°F 
b) 60°F 
c) 140°F 
d) 33°F 
e) 92°F 
 
5)(FMTM-MG) A fim de diminuir o risco de explosão durante um incêndio, os botijões de gás possuem um 
pequeno pino com aspecto de parafuso, conhecido como plugue fusível. Uma vez que a temperatura do 
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botijão chegue a 172 ºF, a liga metálica desse dispositivo de segurança se funde, permitindo que o gás 
escape. Em termos de nossa escala habitual, o derretimento do plugue ocorre, aproximadamente, a: 
a) 69 ºC 
b) 85 ºC 
c)101 ºC 
d) 78 ºC 
e) 96 ºC 
 
6. (Unirio-RJ) O nitrogênio, à pressão de 1 atm., condensa-se a uma temperatura de -392 graus numa 
escala termométrica X. O gráfico representa a correspondência entre essa escala e a escala K (Kelvin). Em 
função dos dados apresentados no gráfico, podemos verificar que a temperatura de condensação do 
nitrogênio, em Kelvins, é dada por: 
 
a) 56 
b) 273 
c) 77 
d) 200 
 
7)A antiga escala Réaumur adotava 0°R e 80°R para os pontos fixos fundamentais. A que temperatura as 
escalas Réaumur e Fahrenheit fornecem temperaturas iguais? 
a) 18, 4 F° 
b) 25,6 F° 
c) 14,3 F 
d) 20,4°F 
e) nenhuma das anteriores 
 
8) Numa aula de física, um aluno é convocado a explicar fisicamente o que acontece quando um pedaço de 
ferro quente é colocada dentro de um recipiente de água fria. Ele declara: “ O ferro é quente porque contém 
muito calor. A água é fria que o ferro porque tem menos calor que ele. Quando os dois ficam juntos, parte 
do calor contido no ferro passa para água, até que eles fiquem com o mesmo nível de calor....e aí eles ficam 
em equilíbrio”. Tendo como referência as declarações do aluno e considerando os conceitos cientificamente 
corretos, analise as seguintes preposições: 
I. Segundo o conceito atual de calor, a expressão “O ferro é quente porque contém muito calor” está errada. 
II. Em vez de declarar:”... parte do calor contido no ferro passa para água”, o aluno dizer que “existe uma 
transferência de temperatura entre eles”. 
III. “...até que eles fiquem com o mesmo nível de calor....e aí eles ficam em equilíbrio” é correto, pois quando 
dois corpos atingem o equilíbrio térmico seus calores específicos se igualam. Assinale a mais correta: 
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a) Todas as preposições são verdadeiras. 
b) Apenas a preposição I é verdadeira. 
c) Apenas a preposição II é verdadeira. 
d) Apenas a preposição III é verdadeira. 
e) Apenas as preposições I e III são verdadeiras. 
 
9) Na escala Fahrenheit, sob pressão normal, a água ferve na temperatura de: 
a) 80°F 
b) 100°F 
c) 148°F 
d) 212°F 
e) 480°F 
 
10) Dispõe-se de um termômetro calibrado numa escala arbitrária que adota 10 X° para a temperatura 
10°C e 70°X para a temperatura 110°C. Com esse termômetro, mediu-se a temperatura de uma cidade que 
registra, no momento,77°F. Essa medida foi de: 
a) 2°X 
b) 12°X 
c) 19°X 
d) 22°X 
e) 25°X 
 
 
 
 
Exercício Comentado 
 
 
 
Enunciado: Um jornalista, em visita aos Estados Unidos, passou pelo deserto de Mojave, onde são 
realizados os pousos dos ônibus espaciais da NASA. Ao parar em um posto de gasolina, à beira da estrada, 
ele observou um grande painel eletrônico que indicava a temperatura local na escala Fahrenheit. Ao fazer a 
conversão para a escala Celsius, ele encontrou o valor 45 °C. Que valor ele havia observado no painel? 
 
 
Resolução: 
Utilizando a equação simplificada obtemos: 
45 = F-32 
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Resolvendo a equação acima temos: 
 F- 32= 9 x 9 logo: F= 113° 
 
 
 
 
 
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Capitulo 2: Dilatação Térmica 
 
Já sabemos o conceito de temperatura: é o grau de agitação das moléculas de um corpo. Assim 
com o aumento de temperatura ocorre também aumento na agitação das moléculas em geral este fato 
causa um aumento da distancia media entre elas, o que macroscopicamente é denominado dilatação ou 
expansão térmica. Consequentemente uma redução na temperatura do corpo provocará a contração deste. 
Porém é difícil perceber a dilatação térmica no dia-a-dia: para se ter uma ideia uma barra de ferro com 
comprimento de 1m a 0c° quando aquecida a 100c° terá um aumento no seu comprimento de apenas 1 
milímetro, logo esses fenômenos quase passam desapercebidos. 
 
2.1 Dilatação Linear 
 
Aplica-se apenas para os corpos em estado sólido, e consiste na variação considerável de apenas 
uma dimensão. Como, por exemplo, em barras, cabos e fios. Ao considerarmos uma barra homogênea, por 
exemplo, de comprimento Lₒ a uma temperatura inicial Tₒ Quando esta temperatura é aumentada até que 
T (>tₒ) a barra passa a ter um comprimento L (>Lₒ).(Para interpretação da figura abaixo considere T=θ) 
 
Com isso é possível concluir que a dilatação linear ocorre de maneira proporcional à variação de 
temperatura e ao comprimento inicial Lₒ. Mas ao serem analisadas barras de dimensões iguais, mas feitas 
de um material diferente, sua variação de comprimento seria diferente, ou seja depende do tipo de material 
com isto porque a dilatação também leva em consideração as propriedades do material com que o objeto é 
feito, este é a constante de proporcionalidade da expressão, chamada de coeficiente de dilatação linear (α). 
 
Assim: ΔL= Lₒ٠α٠ΔT 
Laminas Bimetálicas 
Uma das aplicações da dilatação linear mais utilizadas no cotidiano é para a construção de lâminas 
bimetálicas, que consistem em duas placas de materiais diferentes, e portanto, coeficientes de dilatação 
linear diferentes, soldadas. Ao serem aquecidas, as placas aumentam seu comprimento de forma desigual, 
fazendo com que esta lâmina soldada entorte. 
 
11 
 
 
As lâminas bimetálicas são muito utilizadas nos relés térmicos (termostatos – dispositivos que 
desligam automaticamente um circuito quando a temperatura atinge determinado valor) para controlar a 
temperatura de um dado ambiente, nas geladeiras, freezers, ferro elétrico automático, aparelhos de ar 
condicionado, fornos de fogões elétricos, etc. Quando a temperatura do ambiente superar certo limite, o 
termostato deve desligar o aquecedor fazendo sua lâmina bimetálica envergar, abrindo os contatos, e 
desligando o aparelho da rede elétrica. 
 
Quando a temperatura cair abaixo de certo limite, o aquecedor deve ser novamente ligado com a 
lâmpada curvando-se em sentido oposto e fecha os contatos. 
Por exemplo: na lâmpada Pisca-pisca você liga a lâmpada, a corrente elétrica flui da lâmina 
bimetálica para o filamento no qual ela está em contato, que, por sua vez flui para todos os outros, 
tornando-os incandescentes e acendendo a lâmpada. Quando a lâmina bimetálica ficar suficientemente 
quente ela se encurvará, interrompendo a corrente elétrica e apagando a lâmpada. Em seguida ela se 
resfria e se curva, restabelecendo o contato e acendendo novamente a lâmpada. E assim por diante. 
 
 
2.2 Dilatação Superficial 
Ocorre se duas dimensões (o comprimento e a largura) apresentam alterações consideráveis 
quando o corpo é submetido a variações de temperatura. 
A figura a seguir mostra uma placa que, a uma temperatura inicial Tₒ, possui uma área Aₒ . Quando 
esta placa é aquecida a uma temperatura T, a sua área passa a ser A. 
 
É importante ressaltar que o coeficiente de dilatação superficial equivale a duas vezes o coeficiente 
de dilatação linear, assim sendo: β = 2α 
 
Assim: ΔL= Lₒ٠β٠ΔT 
12 
 
 
 
 
 
2.3 Dilatação Volumétrica 
Assim como na dilatação superficial,este é um caso da dilatação linear que acontece em três 
dimensões, portanto tem dedução análoga à anterior. 
 Consideremos um sólido cúbico de lados Lₒ que é aquecido uma temperatura ΔT de forma que este 
sofra um aumento em suas dimensões, mas como há dilatação em três dimensões o sólido continua com o 
mesmo formato, passando a ter lados L. 
 
É importante ressaltar que o coeficiente de dilatação volumétrica equivale a três vezes o coeficiente 
de dilatação linear, assim sendo γ= 3α; logo: ΔL= Lₒ٠γ ٠ΔT 
 
 
Dilatação dos líquidos 
Os líquidos ocupam um volume delimitado pelo frasco que os contém. Portanto, sua dilatação vai 
ser sempre volumétrica. Mas como também o frasco sempre se dilata, estamos diante de três dilatações 
volumétricas simultâneas: a real do liquido, a do frasco e a aparente. 
 
Quando aquecemos igualmente o conjunto (Recipiente e Liquido), a dilatação do liquido será maior 
que a do recipiente e, portanto, parte do líquido irá transbordar. 
A dilatação real do líquido é dada pela soma da dilatação aparente do liquido (volume que foi extravasado) 
e da dilatação volumétrica. 
 
2.4 Dilatação Anômala da água 
Certamente você já deve ter visto, em desenhos animados ou documentários, pessoas pescando 
em buracos feitos no gelo. Mas como vimos, os líquidos sofrem dilatação da mesma forma que os sólidos, 
ou seja, de maneira uniforme, então como é possível que haja água em estado líquido sob as camadas de 
gelo com temperatura igual ou inferior a 0°C? 
Este fenômeno ocorre devido ao que chamamos de dilatação anômala da água, pois em uma 
temperatura entre 0°C e 4°C há um fenômeno inverso ao natural e esperado. Neste intervalo de 
temperatura a água, ao ser resfriada, sofre uma expansão no seu volume, e ao ser aquecida, uma redução. 
13 
 
 
É isto que permite a existência de vida dentro da água em lugares extremamente gelados, como o Pólo 
Norte. 
A camada mais acima da água dos lagos, mares e rios se resfria devido ao ar gelado, aumentando 
sua massa específica e tornando-o mais pesado, então ocorre um processo de convecção até que toda a 
água atinja uma temperatura igual a 4°C, após isso o congelamento ocorre no sentido da superfície para o 
fundo. 
O Grafico abaixo pode representar bem esse comportamento: 
 
 
 
2.5 Sessão Leitura: Dilatação no cotidiano 
 
Quando ocorre um impedimento à livre dilatação ou contração de um corpo, surgem forças internas 
de tensão que podem levar o corpo a se romper ou a se deformar. Por isso, há muitas situações 
do cotidiano em que a dilatação ou contração térmica é “facilitada” para evitar problemas desse tipo. 
Eis algumas dessas situações: 
* nas ferrovias, as barras de trilho devem ser assentadas com um espaço entre elas, para permitir a livre 
dilatação quando a temperatura varia. Se isso não fosse feito, os trilhos poderiam se entortar devido à 
tensão a que ficariam submetidos. 
* nas pontes, viadutos e grandes construções, empregam-se as chamadas juntas de dilatação. Elas evitam 
que variações das dimensões devidas a mudança de temperatura venham a danificar a estrutura do 
concreto. 
* nos calçamentos, separam-se as placas de cimento por ripas de madeira ou varas de plástico, que 
“absorvem” eventuais dilatações das placas, impedindo que elas se rachem. 
* em canalizações muito longas, colocam-se de trechos em trechos canos formando curvas (cotovelos), 
para permitir que ocorra a dilatação ou contração térmica sem que haja danos. 
 
(disponível em <hppt//:fisicanossa.blogspot.com.br>) 
14 
 
 
 
Fixação 
 
2.6 Exercícios de dilatação térmica 
1) (Cesesp-PE) O tanque de gasolina de um carro, com capacidade para 60 litros, é completamente cheio a 
10 °C, e o carro é deixado num estacionamento onde a temperatura é de 30 °C. Sendo o coeficiente de 
dilatação volumétrica da gasolina igual a , e considerando desprezível a variação de volume 
do tanque, a quantidade de gasolina derramada é, em litros: 
a)1,32 
b)1,64 
c)0,65 
d)3,45 
e)0,58 
 
2) (UEBA) Uma peça de zinco é construída a partir de uma chapa quadrada de lado 30 cm, da qual foi 
retirado um pedaço de área de 500 . Elevando-se de 50 °C a temperatura da peça restante, sua área 
final, em centímetros quadrados, será mais próxima de:(Dado: coeficiente de dilatação linear do zinco =
) 
a)400 
b)401 
c)405 
d)408 
e)415 
 
3) A uma dada temperatura um pino ajusta-se exatamente em um orifício de uma chapa metálica; se 
somente a chapa for aquecida verifica-se que: 
 
a) o pino não mais passará pelo orifício. 
b) o pino passará facilmente pelo orifício. 
c) o pino passará sem folga pelo orifício. 
d) tanto A como C poderão ocorrer. 
e) nada do que foi dito ocorre. 
 
4) - (Uniube-MG) No continente europeu uma linha férrea da ordem de 600 km de extensão tem sua 
temperatura variando de -10 °C no inverno até 30 °C no verão. O coeficiente de dilatação linear do material 
de que é feito o trilho é . A variação de comprimento que os trilhos sofrem na sua extensão é, em 
metros, igual a: 
 
 
15 
 
 
5) Um recipiente contém certa massa de água na temperatura inicial de 2°C e sob pressão normal,quando 
aquecido sobre uma variação na temperatura de 3°C.você como profundo entendedor das ciências naturais 
sabe que a água: 
a)diminui e depois aumenta b)aumenta e após diminui c)diminui somente 
d)aumenta e)permanece constante 
 
6) (UFRGS-RS) Uma plataforma P encontra-se apoiada na posição horizontal sobre duas colunas, A e B, a 
uma temperatura inicial T0, sendo a altura da coluna A o dobro da altura da coluna B. Para que a plataforma 
P permaneça na posição horizontal em qualquer temperatura T, a relação entre os coeficientes de dilatação 
linear αa αb das colunas A e B deve ser: 
 
 
a) αa= 0,2 αb 
b) αa= 0,5 αb 
c) αa= αb 
d) αa= 1,5 αb 
e) αa= 2 αb 
 
 
 
7) (UFMG) O coeficiente de dilatação térmica do alumínio (Al) é, aproximadamente, duas vezes o 
coeficiente de dilatação térmica do ferro (Fe). A figura mostra duas peças onde um anel feito de um desses 
metais envolve um disco feito do outro. A temperatura ambiente, os discos estão presos aos anéis. 
 
 
Se as duas peças forem aquecidas uniformemente, é correto afirmar que: 
a) Apenas o disco de Al se soltará do anel de Fe. 
b) Apenas o disco de Fe se soltará do anel de Al. 
c) Os dois discos se soltarão dos respectivos anéis. 
d) Os discos não se soltarão dos anéis. 
 
 
16 
 
 
8) Uma garrafa de plástico cheia de água é colocada no congelador de uma geladeira. No dia seguinte, 
verifica-se que a garrafa está toda trincada. Assinale a alternativa que melhor explica o fenômeno: 
a) O gelo afunda na água, quebrando a garrafa. 
b) A densidade do gelo é maior que a da água. 
c) Ocorre choque térmico devido a diferença de temperaturas. 
d) O peso do gelo é maior que o peso da mesma massa de água. 
e) Uma massa de água tem mais volume na fase sólida que na fase liquida. 
 
9) (ITA-SP) Um anel de cobre, a 25 ºC, tem um diâmetro interno de 5,00 cm. Qual das opções abaixo 
corresponderá ao diâmetro interno deste mesmo anel a 275 ºC, admitindo-se que o coeficiente de dilatação 
térmica do cobre no intervalo 0 ºC a 300 ºC, é constante e igual a 1,6٠10-5 °C? 
a) 4,98 cm c) 5,02 cm e) 5,12 cm 
b) 5,00 cm d) 5,08 cm 
 
10) (Olimpíada Paulista de Física) É muitocomum acontecer de, quando copos iguais são empilhados, 
colocando-se um dentro do outro, dois deles ficarem emperrados, tornando-se difícil separá-los. 
Considerando o efeito da dilatação térmica, pode-se afirmar que é possível retirar um copo de dentro do 
outro se: 
a) os copos emperrados forem mergulhados em água bem quente. 
b) no copo interno for despejada água quente e o copo externo for mergulhado em água bem fria. 
c) os copos emperrados forem mergulhados em água bem fria. 
d) no copo interno for despejada água fria e o copo externo for mergulhado em água bem quente. 
e) não é possível separar os dois copos emperrados considerando o efeito de dilatação térmica. 
 
Exercício Comentado 
 
Duas barras de 3 metros de alumínio encontram-se separadas por 1cm à 20°C. Qual deve ser a 
temperatura para que elas se encostem, considerando que a única direção da dilatação acontecerá no 
sentido do encontro? 
 
 
 
Mas a variação no comprimento das barras deve ser apenas 0,5cm = 0,005m, pois as duas barras variarão 
seu comprimento, então substituindo os valores: 
 
 
 
 
17 
 
 
Capitulo 3: Calorimetria 
O estudo do calor começou antes de se saber que ele é uma forma de energia, por isso existe uma 
unidade que é muito usada até hoje embora não pertença ao SI, denominada caloria (1 cal = 4,186J).Uma 
caloria é a quantidade de calor necessária para elevar em 1°C a temperatura de 1 grama de agua de 14,5°C 
a 15,5°C. Como 1 caloria é uma unidade pequena, utilizamos muito o seu múltiplo, a quilocaloria 1 kcal = 
10³cal.Nesse capitulo estudaremos os tipos de calor e suas influencias nos estados da matéria. 
 
3.1 Calor sensível ou especifico 
É denominado calor sensível, a quantidade de calor que tem como efeito apenas a alteração da 
temperatura de um corpo. 
 A equação fundamental da calorimetria, que diz que a quantidade de calor sensível (Q) é igual ao 
produto de sua massa, da variação da temperatura e de uma constante de proporcionalidade dependente 
da natureza de cada corpo denominada calor específico. 
Assim: Q= m٠c٠ΔT 
Onde: 
Q = quantidade de calor sensível (cal ou J). 
c = calor específico da substância que constitui o corpo (cal/g°C ou J/kg°C). 
m = massa do corpo (g ou kg). 
ΔT= variação da temperatura em célsius 
 
Adotando a equação fundamental da calorimetria temos que se Q>0 o corpo ganha calor e se Q<0 o 
corpo perde calor. 
 
 
3.2 Calor Latente 
 
Nem toda a troca de calor existente na natureza se detém a modificar a temperatura dos corpos. Em 
alguns casos há mudança de estado físico destes corpos, ou seja de solido para liquido, de liquido para 
vapor ou o processo inverso. Neste caso, chamamos a quantidade de calor calculada de calor latente. 
A quantidade de calor latente (Q) é igual ao produto da massa do corpo (m) e de uma constante de 
proporcionalidade (L) que é chamada calor latente de mudança de fase e se refere a quantidade de calor 
que 1g da substância calculada necessita para mudar de uma fase para outra. Esse calor latente depende 
principalmente da natureza do material envolvido. 
Q= m ٠L 
 
3.3 Capacidade térmica e calor especifico 
É a quantidade de calor que um corpo necessita receber ou ceder para que sua temperatura varie 
uma unidade. Então, pode-se expressar esta relação sendo 
C = c٠m (dado em cal/°C). 
 A letra c é denominada calor especifico do material, sendo que não varia enquanto a capacidade 
térmica por depender da massa é variante. 
18 
 
 
Podemos observar que a água possui um calor especifico elevado quando comparado a outras 
substancias, esse fato explica por que pela manhã em regiões litorâneas o mar está mais frio que a areia. 
Por ter calor especifico maior que o da areia a água demora mais para se aquecer pois precisa de maior 
quantidade de calor para sofrer a mesma variação de temperatura. 
 
3.4 Sessão Leitura: A caloria nos alimentos 
 Hoje em dia é enorme a preocupação em se ter um corpo “sarado” Com essa motivação, muitas 
pessoas procuram controlar a ingestão de alimentos, aderindo a vários tipos de dietas. Os alimentos 
energéticos (carboidratos ou açúcares), após serem absorvidos, são “queimados” no processo de 
respiração celular, produzindo a energia indispensável ao funcionamento do organismo. Na verdade, essa 
“queima” corresponde a processos bioquímicos, em que ocorre a oxidação das moléculas orgânicas. 
Embora não envolva trocas de calor, no sentido considerado em nosso curso, a medida dessa “energia dos 
alimentos” costuma ser feita na unidade quilocaloria (kcal), que com frequência é chamada, 
impropriamente, de Caloria Alimentar e representada por Cal (com inicial maiúscula).A ingestão em 
quantidade adequada dos alimentos energéticos (carboidratos) repõe a energia que o organismo consome 
— tanto nas atividades diárias como na manutenção dos processos vitais. Caso a ingestão seja exagerada, 
acima das necessidades normais, o organismo acumula os alimentos em excesso na forma de gordura, 
podendo fazer com que a pessoa fique obesa. As gorduras e as proteínas em princípio não são alimentos 
energéticos. Entretanto, se houver falta de carboidratos, o organismo pode suprir a carência de energia 
lançando mão desses alimentos. Essa utilização pode comprometer o organismo, causando uma deficiência 
nutricional e problemas de saúde. (adaptado de RAMALHO, NICOLAU e TOLEDO. Os Fundamentos da 
Física, Vol. 02, 7ª Ed. Editora Moderna. Pag 1 –Cap 4) 
 
 
3.5) Curva de aquecimento 
Ao estudarmos os valores de calor latente, observamos que estes não dependem da variação de 
temperatura. Assim podemos elaborar um gráfico de temperatura em função da quantidade de calor 
absorvida. Chamamos este gráfico de Curva de Aquecimento: 
 
 
19 
 
 
3.6) Mudanças de estado de agregação 
 
 
 
Durante uma mudança de fase, em geral ocorre variação do volume portanto uma mudança da 
pressão externa altera a temperatura em que ocorre a mudança de fase. Por exemplo a água, ela entra em 
ebulição quando a temperatura chega a 100C° sob uma pressão de 1 atm. Porém imagine no caso da 
cidade de Juiz de fora que está acima do nível do mar: a pressão externa é menor que 1 atm., fato que 
facilita a ebulição, ou seja na nossa querida Manchester Mineira a água ferve em uma temperatura menor 
que 100°C. 
A Panela de pressão é quase totalmente fechada a não ser por uma pequena abertura na sua parte 
superior que dificulta a saída do vapor, desse modo quando aquecida a pressão interna na panela pode 
ficar maior que 1 atm. e assim a água ferve numa temperatura maior que 100°C. 
 
 
3.7 Diagrama de fase 
São gráficos da pressão em função da temperatura, nos quais é possível analisar as transições de 
fase da substancia. 
 
Curvas de sublimação (CS): Separa a fase sólida e de vapor. 
Curva de fusão (CF): Separa a fase sólida da liquida. Se atravessada da esquerda para direita, ocorre uma 
fusão; se a passagem ocorre no sentido contrario, temos uma solidificação. 
Curva de Vaporização (CV): Separa a fase liquida e a de vapor. Se atravessada da esquerda para direita, 
ocorre uma vaporização; se a passagem ocorre no sentido contrario, temos uma condensação. 
Ponto tríplice (PT): Estado da substancia no qual coexistem as três fases. 
Ponto Crítico (PC): Ponto na curva Cv, com temperatura a partir do qual o vapor é chamado de gás. 
 
20 
 
 
Fixação 
 
3.8 Exercícios de calorimetria 
 
1) (Fuvest-SP)Um amolador de facas, ao operar um esmeril, é atingido por fagulhas incandescentes, mas 
não se queima. Isso acontece porque as fagulhas: 
a) Têm calor específico muito grande. 
b) Têm temperatura muito baixa. 
c) Têm capacidade térmica muito Pequena. 
d) Estão em mudança de estado. 
e) Não transportam energia. 
 
 
2) (UECE) Cedem-se, 684 cal a 200 g de ferro que estão a uma temperatura de 10 ºC. Sabendo que o calor 
específico do ferro vale 0,114 cal/g ºC, concluímos que a temperatura final do ferro será: 
a) 40ºC 
b) 10ºC 
c) 20ºC 
d) 30ºC 
e) 35ºC 
 
 
3) (MACK-SP) Quanta energia deve ser dada a uma panela de ferro de 300 g para que sua temperatura 
seja elevada em 100ºC? Considere o calor específico da panela como c = 450 J/ kg ºC. 
a) 300 J 
b) 450 J 
c) 750 J 
d) 1750 J 
e) 13500 J 
 
 
4) (MACKENZIE) Um bloco de cobre (c = 0,094 cal/gºC) de 1,2kg é colocado num forno até atingir 
o equilíbrio térmico. Nessa situação, o bloco recebeu 12 972 cal. A variação da temperatura sofrida, 
na escala Fahrenheit, é de: 
a) 60ºF 
b) 115ºF 
c) 207ºF 
d) 239ºF 
e) 347ºF 
 
 
21 
 
 
5) (Méd.Pouso Alegre) Das afirmações abaixo: 
I) O calor específico de um material indica a quantidade de calor necessária para fundir 1g de material. 
II) O coeficiente de dilatação volumétrica de um material é a variação de volume em relação V0 para cada 
grau de temperatura. 
III) O calor de fusão de um material indica a quantidade de calor necessária para fundir completamente 
desse material. 
 
Podemos Dizer Que: 
a) somente a I está correta. 
b) somente a III está correta. 
c) somente a II está correta. 
d) somente a II e III estão corretas. 
e) todas estão corretas. 
 
6) (MACKENZIE) Quando misturamos 1,0kg de água de água (calor específico sensível = 1,0cal/g°C) a 
70° com 2,0kg de água a 10°C, obtemos 3,0kg de água a: 
a) 10°C 
b) 20°C 
c) 30°C 
d) 40°C 
e) 50°C 
 
 
7) O calor específico da água liquida vale 1 cal ; o calor latente de fusão do gelo vale 80 cal/g. A quantidade 
de calor necessária para transformar 200g de gelo a 0 ºC em 20 ºC será, em Kcal, igual a : 
a) 2 
b) 4 
c) 8 
d) 20 
e) 22 
 
 
8) Um bloco de vidro de massa com 300 gramas está temperatura de 25°C.sabendo que o calor especifico 
do vidro é 0,2 cal/g°C. A quantidade de calor necessária para elevar a temperatura do bloco até a 
temperatura de 40°C 
a)340 cal 
b)900 cal 
c)600 cal 
d)9000 cal 
e)6000 cal 
 
22 
 
 
9) Qual a quantidade de energia necessária para transformar 80g de gelo a -20 °C em vapor de agua a 
100°C?(considere: calor especifico do gelo->0,5 cal/g°C; calor especifico da água= 1 cal/g°C calor de fusão 
do gelo ( a 0°C)-> L = 80 cal/g; calor de vaporização da água ( a 100ºC )---> L = 540 cal/g) 
a)800 
b)8000 
c)19520 
d)15200 
e)64000 
. 
10) A liofilização é um processo de desidratação de alimentos que, além de evitar que seus nutrientes 
saiam junto com a água, diminui bastante sua massa e seu volume, facilitando o armazenamento e o 
transporte. Alimentos liofilizados também têm seus prazos de validade aumentados, sem perder 
características como aroma e sabor. O processo de liofilização segue as seguintes etapas: 
I. O alimento é resfriado até temperaturas abaixo de 0 ºC, para que a água contida nele seja solidificada 
II. Em câmaras especiais, sob baixíssima pressão (menores do que 0,006 atm.), a temperatura do alimento 
é elevada, fazendo com que a água sólida seja sublimada. Dessa forma, a água sai do alimento sem 
romper suas estruturas moleculares, evitando perdas de proteínas e vitaminas. 
 
O gráfico mostra parte do diagrama de fases da água e cinco processos de mudança de fase, 
representados pelas setas numeradas de 1 a 5. 
 
 
A alternativa que melhor representa as etapas do processo de liofilização, na ordem descrita, é: 
A) 4 e 1. 
B) 2 e 1. 
C) 2 e 3. 
D) 1 e 3. 
E) 5 e 3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
23 
 
 
 
Capitulo 4) Transmissão de calor 
 
Já vimos que calor é a energia térmica em trânsito de um corpo de maior temperatura a outro, de 
menor temperatura, neste capitulo veremos suas formas de transmissão de um corpo a outro. 
 
 
4.1 Condução 
 
Quando dois corpos são postos em contato com temperaturas diferentes as moléculas do corpo mais 
quente, colidem com as moléculas do corpo mais frio transferindo energia para este. Essa forma de 
transferência de energia é chamada condução. 
 
O primeiro a fazer um estudo da transmissão de calor foi o físico e matemático francês Fourier, que 
experimentalmente obteve uma formula que nós dá a velocidade com que o calor é transmitido por 
condução. 
Φ= Q/ ∆t 
No SI a unidade do fluxo de calor é Joule por segundo, que é equivalente a watt, ou seja incrivelmente 
temos uma relação entre as unidades de fluxo de calor e a unidade de potência. 
 
 
 
 
 
24 
 
 
4.2 Convecção 
A convecção consiste no movimento dos fluidos, e é o princípio fundamental da compreensão do 
vento, por exemplo. O ar que está nas planícies é aquecido pelo sol e pelo solo, assim ficando mais leve e 
subindo. Então as massas de ar que estão nas montanhas, e que está mais frio que o das planícies, toma o 
lugar vago pelo ar aquecido, e a massa aquecida se desloca até os lugares mais altos, onde resfriam. Estes 
movimentos causam, entre outros fenômenos naturais, o vento. 
Formalmente, convecção é o fenômeno no qual o calor se propaga por meio do movimento de 
massas fluidas de densidades diferentes. Considere por exemplo uma vasilha contendo água a uma 
temperatura superior a 4°C,sabemos que acima dessa temperatura a água se expande quando aquecida. 
Coloquemos essa vasilha sobre uma chama: a parte de baixo da água sofrerá expansão, terá sua 
densidade diminuída e assim de acordo com o principio de Arquimedes subirá. A parte superior mais fria e 
densa descerá. Formam-se as correntes de convecção, sendo uma ascendente e uma descendente. 
Nos refrigeradores que funcionam com o sistema frost free (livre de gelo), a placa fria não fica na 
parte interna do aparelho, mas entre as paredes interna e externa traseira. Um conjunto de ventiladores 
provoca a circulação do ar, retirando ar quente e injetando o ar frio, resfriando a parte interna onde ficam os 
alimentos. As prateleiras são inteiriças, de vidro ou de plástico, fazendo com que cada compartimento 
receba ar gelado através de aberturas existentes na parede do fundo. A circulação de ar quente por 
convecção ocorre nas prateleiras da porta, que são vazadas. O ar quente é retirado na parte superior da 
geladeira. A água formada por condensação escorre para um recipiente na parte inferior e evapora. 
 
 
4.3 Irradiação 
Sabe-se que as partículas que possuem carga elétrica ao oscilarem produzem ondas 
eletromagnéticas, as características das ondas eletromagnéticas dependem da frequência de oscilação 
dessas cargas eletricas. Todos os corpos que emitem ondas eletromagnéticas cujas características 
dependem do grau de aquecimento do corpo, isso é chamado irradiação. 
Imagine um forno micro-ondas. Este aparelho aquece os alimentos sem haver contato com eles, e 
ao contrário do forno à gás, não é necessário que ele aqueça o ar. Enquanto o alimento é aquecido há uma 
emissão de micro-ondas que fazem sua energia térmica aumentar, aumentando a temperatura. 
Quando as ondas eletromagnéticasincidem em um corpo parte delas pode ser refletida e parte 
absorvida transformando-se em energia térmica, assim que recebemos o calor do sol, podemos observar 
esse fenômeno se colocarmos a mão ao lado de um ferro elétrico ligado ou de uma lâmpada incandescente. 
25 
 
 
 
4.4 Sessão leitura: Inversão Térmica 
As pessoas que vivem em grandes cidades como São Paulo, Tóquio, Cidade do México, entre 
outras --- enfrentam o problema da inversão térmica. Ela ocorre quando os poluentes emitidos pelos 
veículos e pelas indústrias não conseguem se dispersar. O normal é que o ar próximo do solo absorva o 
calor emitido pela terra, se aqueça (ficando menos denso) e suba em movimento convectivo (correntes de 
convecção), dispersando-se. 
A inversão térmica acontece quando uma camada de ar quente se sobrepõe ao ar que sofreu 
brusco resfriamento próximo ao solo, impedindo sua ascensão, fazendo os poluentes permanecerem na 
camada inferior. Isso ocorre com maior frequência a noite, quando o solo se esfria. Há inversão térmica 
durante todo o ano, porém no inverno elas ficam mais próximas ao solo e, por isso, são mais sentidas por 
nós. 
Este fenômeno, afeta diretamente a saúde das pessoas, principalmente das crianças, 
provocando doenças respiratórias, cansaço entre outros problemas de saúde. Pessoas que 
possuem doenças como, por exemplo, bronquite e asma são as mais afetadas com esta situação. Soluções 
para estes problemas estão ligados diretamente à adoção de politicas ambientais eficientes que visem 
diminuir o nível de poluição do ar nos grandes centros urbanos. A substituição de combustíveis fósseis 
por biocombustíveis ou energia elétrica poderia reduzir significativamente este problema. Campanhas 
públicas conscientizando as pessoas sobre a necessidade de trocar o transporte individual (particular) pelo 
transporte público (ônibus e metrô) também ajudaria a amenizar o problema. A fiscalização nas regiões 
onde ocorrem queimadas irregulares também contribuiria neste sentido. 
 
26 
 
 
4.5 Sessão Leitura: O efeito estufa na atmosfera terrestre 
 A atmosfera terrestre é formada principalmente por nitrogênio , oxigênio e argônio , aparecendo 
ainda em quantidades bem pequenas o neônio, o hélio, (78%) (20,9%) (0,9%) o hidrogênio e outros gases. 
A essa composição devemos acrescentar os chamados “gases estufa”, que dificultam a dispersão dos raios 
solares que incidem sobre a terra. São eles o dióxido de carbono , o metano , o óxido nitroso e os 
compostos de clorofluorcarbono provenientes da queima de carvão, petróleo (na forma de seus derivados), 
florestas e pastagens e da decomposição da madeira e de materiais orgânicos (como dejeto humano e de 
outros animais). Além desses gases, o vapor de água na atmosfera também contribui para o efeito estufa. A 
forma de retenção do calor na atmosfera é semelhante à de uma estufa: permite que a energia radiante 
penetre, mas dificulta a dissipação das radiações emitidas pela superfície aquecida da terra. Um grupo de 
cientistas norte-americanos calculou em 1 watt por metro quadrado a diferença entre a energia que a terra 
absorve de radiação solar e a energia que ela emite de volta para o espaço. Essa energia retida é 
importante para que haja vida animal e vegetal na terra, porém o crescimento da população humana, o 
desmatamento de florestas (que absorvem parte do dióxido de carbono) e o ritmo acelerado da 
industrialização estão provocando um desequilíbrio, com aquecimento acima do normal. Geleiras estão 
derretendo; correntes marinhas de água quente (no oceano atlântico) estão mais aquecidas que o normal, 
provocando mais furacões que a média do último século; chuvas intensas inundam locais antes secos e 
estiagens ocorrem em locais antes castigados por intensas chuvas. 
(Disponível em : FÍSICA 2 Newton Villas Boas, Ricardo Helou Doca, Gualter José Biscuola. 1ª. Ed – São 
Paulo: Saraiva, 2010). 
 
 
Fixação 
 
 
4.6 Exercícios de condução térmica 
 
1) (UNISA-SP) Uma panela com água está sendo aquecida num fogão. O calor das chamas se transmite 
através da parede do fundo da panela para a água que está em contato com essa parede e daí 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 
e) condução e radiação 
 
2) A região situada no norte do Chile, onde se localiza o deserto do Atacama, é seca por natureza. Ela sofre 
a influência do Anticiclone Subtropical do Pacífico Sul (ASPS) e da cordilheira dos Andes. O ASPS, região 
de alta pressão na atmosfera, atua como uma “tampa”, que inibe os mecanismos de levantamento do ar 
necessários para a formação de nuvens e/ou chuva. Nessa área, há umidade perto da costa, mas não há 
mecanismo de levantamento. Por isso não chove. A falta de nuvens na região torna mais intensa a 
incidência de ondas eletromagnéticas vindas do Sol, aquecendo a superfície e elevando a temperatura 
máxima. De noite, a Terra perde calor mais rapidamente, devido à falta de nuvens e à pouca umidade da 
27 
 
 
atmosfera, o que torna mais baixas as temperaturas mínimas. Essa grande amplitude térmica é uma 
característica dos desertos. 
(Ciência Hoje, novembro de 2012. Adaptado.) 
 
Baseando-se na leitura do texto e dos seus conhecimentos de processos de condução de calor, é correto 
afirmar que o ASPS ________________________________e a escassez de nuvens na região do 
Atacama_____________________________. 
 
a)favorece a convecção – favorece a irradiação de calor 
b)favorece a convecção – dificulta a irradiação de calor 
c)dificulta a convecção – favorece a irradiação de calor 
d)permite a propagação de calor por condução – intensifica o efeito estufa 
e)dificulta a convecção – dificulta a irradiação de calor. 
 
3) (MACK-SP) Suponha que, ao levantar, você pise descalço no chão de ladrilhos do banheiro, após passar 
pelo assoalho de madeira da casa. Você terá a sensação de que o ladrilho é mais frio do que a madeira do 
assoalho, embora ambos estejam a temperatura ambiente. Tal fato ocorre, por que: 
a) A capacidade térmica da madeira é maior que a do ladrilho. 
b) O calor específico do ladrilho é menor que o da madeira. 
c) Os pés em contato com o ladrilho irradiam menos calor do que em contato com a madeira. 
d) A condutibilidade térmica do ladrilho é maior que a da madeira. 
e) A natureza esconde muitos mistérios. 
 
 
4) (UFES) O uso de chaminés para escape de gases quentes provenientes da combustão é uma aplicação 
do processo térmico de: 
a) Radiação 
b) Condução 
c) Absorção 
d) Convecção 
e) Dilatação 
 
 
5) Imagine que você está em um planeta deserto, completamente desprovido de fluidos de qualquer 
natureza, você pode afirmar que nesse planeta somente ocorre propagação de calor por: 
a)convecção, condução e irradiação 
b)convecção e irradiação 
c)condução e convecção 
d)irradiação 
e)convecção 
 
 
28 
 
 
 
6) O professor Michael estava na sua terra natal, Conselheiro Lafaiete, abraçado a uma arvore. Depois sem 
razão aparente deitou-se no chão de mármore. Ele teve a sensação que o mármore estava mais frio que a 
arvore que ele estava abraçando, este fato: 
a) ocorreu por que a madeira está acima da temperatura ambiente 
b) ocorreu por que o calor do corpo escoa rapidamente para o mármore devido a grande condutibilidade 
térmica desse material 
c) ele deve ser doido, pois se estão ambos a temperatura ambiente é impossível um estar mais frio que 
outro 
d) a madeira possui maior condutibilidade térmica que o mármore 
e) a natureza faz coisas intrigantes. 
 
 
7) (UNISA-SP) Uma panelacom água está sendo aquecida num fogão. O calor das chamas se transmite 
através da parede do fundo da panela para a água que está em contato com essa parede e daí 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 
e) condução e radiação 
 
 
8) (UNIFENAS) A transmissão de calor por convecção só é possível: 
a) no vácuo 
b) nos sólidos 
c) nos líquidos 
d) nos gases 
e) nos fluidos em geral. 
 
 
9) Assinale a alternativa correta: 
a) A condução e a convecção térmica só ocorrem no vácuo. 
b) No vácuo, a única forma de transmissão do calor é por condução. 
c) A convecção térmica só ocorre nos fluidos, ou seja, não se verifica no vácuo nem em materiais no estado 
sólido. 
d) A radiação é um processo de transmissão do calor que só se verifica em meios sólidos. 
e) A condução térmica só ocorre no vácuo; no entanto, a convecção térmica se verifica inclusive 
em matérias no estado sólido. 
 
 
29 
 
 
10)(MACKENZIE) Uma parede de tijolos e uma janela de vidro de espessura 180mm e 2,5mm, 
respectivamente, têm suas faces sujeitas à mesma diferença de temperatura. Sendo as condutibilidades 
térmicas do tijolo e do vidro iguais a 0,12 e 1,00 unidades SI, respectivamente, então a razão entre o fluxo 
de calor conduzido por unidade de superfície pelo vidro e pelo tijolo é: 
 a) 200 
 b) 300 
 c) 500 
 d) 600 
 e) 800 
Exercício Comentado 
 
Enunciado: Sabe-se que a temperatura do café se mantém razoavelmente constante no interior de uma 
garrafa térmica perfeitamente vedada. 
a) Qual o principal fator responsável por esse bom isolamento térmico? 
b) O fato da condução nunca ocorrer no vácuo 
c) O que acontece com a temperatura do café se a garrafa térmica for agitada vigorosamente? 
Aumenta, pois há transformação de energia mecânica em térmica. 
 
 
 
Capitulo 5: Gases 
Gases são fluidos no estado gasoso, a característica que o difere dos fluidos líquidos é que, quando 
colocado em um recipiente, este tem a capacidade de ocupa-lo totalmente. E nesse estado gasoso a cada 
instante há moléculas movendo-se em todas as direções, com diferentes velocidades. 
De acordo com a teoria cinética dos gases, definimos um gás como sendo um fluido que possui as 
propriedades de compressibilidade e expansibilidade e que tende a ocupar todo o espaço que lhe é 
oferecido, isto é, ocupa todo o espaço onde está contido. 
 Para caracterizar a situação do gás existem 3 grandezas que nos importantes: a pressão(P),volume(V) e 
temperatura(T).Os gases chamados de ideais (os quais trabalharemos daqui pra frente) seguem a seguinte 
lei chamada da lei dos gases ideais: 
 
𝑃𝑃
𝑇
 = Constante 
 
Quando uma ou mais variável do gás sofre modificação, dizemos que o gás sofreu transformação. 
É considerado um gás perfeito quando são presentes as seguintes características: 
• o movimento das moléculas é regido pelos princípios da mecânica Newtoniana; 
• os choques entre as moléculas são perfeitamente elásticos, ou seja, a quantidade de movimento é 
conservada; 
• não há atração e nem repulsão entre as moléculas; 
• o volume de cada molécula é desprezível quando comparado com o volume total do gás. 
30 
 
 
 
5.1 Transformação Isotérmica 
A palavra isotérmica se refere a mesma temperatura, logo uma transformação isotérmica de uma 
gás, ocorre quando a temperatura inicial é conservada. 
A lei física que expressa essa relação é conhecida com Lei de Boyle e é matematicamente expressa 
por: 
 
 
 
5.2 Transformação Isobárica 
Analogamente à transformação isotérmica, quando há uma transformação isobárica, a pressão é 
conservada. 
Regida pela Lei de Charles e Gay-Lussac, esta transformação pode ser expressa por: 
 
31 
 
 
 
 
 
5.3 Transformação Isométrica 
A transformação isométrica também pode ser chamada isocórica e assim como nas outras 
transformações vistas, a isométrica se baseia em uma relação em que, para este caso, o volume se 
mantém. 
Regida pela Lei de Charles, a transformação isométrica é matematicamente expressa por: 
 
 
 
 
32 
 
 
5.4 Equação de Clapeyron 
Relacionando as Leis de Boyle, Charles Gay-Lussac e de Charles é possível estabelecer uma 
equação que relacione as variáveis de estado: pressão (p), volume (V) e temperatura absoluta (T) de um 
gás. 
Esta equação é chamada Equação de Clapeyron, em homenagem ao físico francês Paul Emile 
Clapeyron que foi quem a estabeleceu. 
 
p=pressão; 
V=volume; 
n=nº de mols do gás; 
R=constante universal dos gases perfeitos; 
T=temperatura absoluta. 
 
5.5 Energia interna do gás 
Devido às colisões entre si e com as paredes do recipiente, as moléculas mudam a sua velocidade 
e direção, ocasionando uma variação de energia cinética de cada uma delas. No entanto, a energia cinética 
média do gás permanece a mesma. 
Novamente utilizando-se conceitos da mecânica Newtoniana estabelece-se: 
 
 
n=número molar do gás (nº de mols) 
R=constante universal dos gases perfeitos (R=8,31J/mol.K) 
T=temperatura absoluta (em Kelvin) 
 
Como, para determinada massa de gás, n e R são constantes, a variação da energia interna 
dependerá da variação da temperatura absoluta do gás, ou seja, 
Quando houver aumento da temperatura absoluta ocorrerá uma variação positiva da energia 
interna: ΔU>0 
Quando houver diminuição da temperatura absoluta, há uma variação negativa de energia interna: 
ΔU<0 
E quando não houver variação na temperatura do gás, a variação da energia interna será igual a 
ΔU=0 
 
5.6 Sessão Leitura: Trabalho de um gás 
Considere um gás de massa m contido em um cilindro com área de base A, provido de um êmbolo. 
Ao ser fornecida uma quantidade de calor Q ao sistema, este sofrerá uma expansão, sob pressão 
constante, como é garantido pela Lei de Gay-Lussac, e o êmbolo será deslocado. 
33 
 
 
 
Assim como para os sistemas mecânicos, o trabalho do sistema será dado pelo produto da força aplicada 
no êmbolo com o deslocamento do êmbolo no cilindro: 
 
Assim, o trabalho realizado por um sistema, em uma transformação com pressão constante, é dado 
pelo produto entre a pressão e a variação do volume do gás. 
Quando: 
O volume aumenta no sistema, o trabalho é positivo, ou seja, é realizado sobre o meio em que se 
encontra (como por exemplo empurrando o êmbolo contra seu próprio peso); 
O volume diminui no sistema, o trabalho é negativo, ou seja, é necessário que o sistema receba um 
trabalho do meio externo; 
O volume não é alterado, não há realização de trabalho pelo sistema. 
34 
 
 
Em uma transformação qualquer (inclusive a isobárica), podemos calcular o trabalho através da área sob o 
gráfico de pressão versus volume. 
 
 
Fixação 
 
5.7 Exercícios sobre termodinâmica dos Gases 
 
1) Analise as seguintes afirmativas a respeito dos tipos de transformaçõesou mudanças de estado de um 
gás: 
I- Em uma transformação isocórica o volume do gás permanece constante. 
II- Em uma transformação isobárica a pressão do gás permanece constante. 
III- Em uma transformação isotérmica a temperatura do gás permanece constante. 
IV- Em uma transformação adiabática variam o volume, a pressão e a temperatura. 
Com a relação as quatro afirmativas acima, podemos dizer que: 
A) Só I e III são verdadeiras. 
B) Só II e III são verdadeiras. 
C) I, II, III e IV são verdadeiras. 
D) Só I é verdadeira. 
E) Todas são falsas 
 
2) Qual deve ser a temperatura de certa quantidade de um gás ideal, inicialmente a 200 K, para que tanto o 
volume quanto a pressão dupliquem? 
a) 1200 K 
b) 2400 K 
c) 400 K 
d) 800 K 
e) n.d.a 
 
35 
 
 
3) (UFPR) Considere um gás ideal sendo submetido a vários processos termodinâmicos a partir de um 
mesmo estado inicial. Sobre esta situação quais informações são verdadeiras, faça a soma destas para dar 
a resposta: 
(1) se o processo for isométrico (isocórico), o trabalho realizado pelo gás será nulo. 
(02 )Se o processo for uma expansão isotérmica, haverá uma diminuição da pressão do gás. 
(04) Se o processo for isotérmico, a energia interna do gás permanecerá constante. 
(08) A temperatura atingida pelo gás no estado final não depende do processo escolhido. 
(16) Se o processo for adiabático, o gás trocará calor com o meio externo. 
(32) Se o volume for diminuído, num processo isobárico, haverá um aumento de temperatura do gás. 
a) 15 C) 13 e) 22 
b) 11 d) 40 
 
4) (UCS-RS) Certa massa gasosa inicial sofre uma transformação a volume constante, conhecida como lei 
de Charles. A sua pressão inicial é de uma atmosfera e sua temperatura passa de 400 K para 500 K. A 
pressão da massa gasosa passa para: 
a) 0,80 atm. c) 1,50 atm. e) 1,80 atm. 
b) 1,25 atm. d) 1,70 atm. 
 
5) (UNIMEP-SP) 15 litros de uma determinada massa gasosa encontram-se a uma pressão de 8 atm e à 
temperatura de 30 º C. Ao sofrer uma expansão isotérmica, seu volume passa a 20 Litros. Qual será a nova 
pressão? 
a) 10 atm. c) 8 atm. e) 4 atm. 
b) 6 atm. d) 5 atm. 
 
6) O gráfico abaixo representa uma transformação cíclica de um gás ideal. É CORRETO afirmar que a 
quantidade de calor trocado entre o gás e a sua vizinhança nesse ciclo é: 
 
a) 64 J b) 16 J c) 32 J d) 48 J 
 
 
 
36 
 
 
 
7) O que é um gás? 
a) Gás é um fluido que não possui as propriedades de compressibilidade e expansibilidade, portanto ocupa 
somente uma porção do volume em que está contido. 
b) Gás é um líquido cujas moléculas que o constituem estão bastante espaçadas umas das outras. 
c) Gás é um fluido que apresenta somente a propriedade de expansibilidade. 
d) Gás é um fluido que sofre ação da gravidade e não possui propriedades de compressibilidade. 
e) Gás é um fluido que possui as propriedades de compressibilidade e expansibilidade e que tende a ocupar 
todo o espaço onde está contido. 
 
 
8) Se dois mols de um gás, à temperatura de 27 ºC, ocupam um volume igual a 57,4 litros, qual é, 
aproximadamente, a pressão desse gás? (Adote R = 0,082 atm.L/mol.K). 
a) ≈ 0,76 atm. 
b) ≈ 0,86 atm. 
c) ≈ 1,16 atm. 
d) ≈ 8,16 atm. 
e) ≈ 0,66 atm. 
 
 
9) À que temperatura se deveria elevar certa quantidade de um gás ideal, inicialmente a 300 K, para que 
tanto a pressão como o volume se duplicassem? 
a) 1200 K 
b) 1100 K 
c) 900 K 
d) 800 K 
e) 700 K 
 
 
10) Qual é o volume molar de um gás que está submetido à pressão de 3 atm e à temperatura de 97 ºC?( R 
= 0,082 atm.L/mol.K) 
a) V = 10,1 L 
b) V = 1,01 L 
c) V = 13,56 L 
d) V = 10,99 L 
e) V = 11 L 
 
 
 
 
 
 
37 
 
 
Capitulo 6: Termodinâmica 
A termodinâmica é a ciência que estuda as relações entre calor e o trabalho, que ocorrem durante 
determinados fenômenos, tais como expansão ou a compressão de um gás. 
Máquinas térmicas tinham sido inventadas e aperfeiçoadas ao longo dos séculos XVII, XVIII e XIX. 
No entanto, a atenção científica sobreveio apenas em meados do século XIX com Sadi Carnot. Seus 
estudos foram aprimorados ao longo daquele século por James Prescott Joule, Lorde Kelvin e Rudolf 
Clausius. 
A Termodinâmica se aplica a uma ampla variedade de tópicos em ciência e engenharia, tais como 
motores, transições de fase, reações químicas, fenômenos de transporte, e mesmo buracos negros; aqui 
trabalharemos essencialmente sua parte mais simples constituída principalmente pelo estudo dos trabalhos 
realizados por um gás. 
As leis vistas a seguir são uma tentativa de sistematizar os princípios físicos que regem o fluxo de 
energia entre os sistemas. 
 
6.1 Lei zero da Termodinâmica 
A lei zero da termodinâmica afirma que "Se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um 
terceiro, então eles estão em equilíbrio térmico entre si." Essa lei permite a definição de uma escala de 
temperatura, como por exemplo, as escalas de temperatura Celsius, Fahrenheit, Kelvin, Réaumur, Rankine, 
Newton e Leiden. 
No ano de 1853, Rankine definiu temperaturas iguais da seguinte maneira: "Duas porções de 
matéria são ditas como tendo temperaturas iguais se nenhuma delas tente a transferir calor a outra". 
 
6.2 Primeira Lei da Termodinâmica 
Chamamos de 1ª Lei da Termodinâmica, o princípio da conservação de energia aplicada à 
termodinâmica, o que torna possível prever o comportamento de um sistema gasoso ao sofrer uma 
transformação termodinâmica. 
Um sistema não pode criar ou consumir energia, mas apenas armazená-la ou transferi-la ao meio 
onde se encontra, como trabalho, ou ambas as situações simultaneamente, então, ao receber uma 
quantidade Q de calor, esta poderá realizar um trabalho e aumentar a energia interna do sistema ΔU , 
expressando matematicamente: 
Q= + ΔU 
Sendo todas as unidades medidas em Joule (J). 
 
Calor Trabalho Energia Interna Q/ ΔU/ 
Recebe Realiza Aumenta >0 
Fornece Recebe Diminui <0 
Não troca Nem realiza nem recebe Não varia =0 
 
 
38 
 
 
6.3 Segunda Lei da Termodinâmica 
Dentre as duas leis da termodinâmica, a segunda é a que tem maior aplicação na construção de 
máquinas e utilização na indústria, pois trata diretamente do rendimento das máquinas térmicas. 
Dois enunciados, aparentemente diferentes ilustram a 2ª Lei da Termodinâmica, os enunciados de 
Clausius e Kelvin-Planck: 
 
Enunciado de Clausius: “O calor não pode fluir, de forma espontânea, de um corpo de temperatura 
menor, para um outro corpo de temperatura mais alta.” 
Este enunciado implica que, não é possível que um dispositivo térmico tenha um rendimento de 
100%, ou seja, por menor que seja, sempre há uma quantidade de calor que não se transforma em trabalho 
efetivo. 
 
Enunciado de Kelvin-Planck: “É impossível a construção de uma máquina que, operando em um ciclo 
termodinâmico, converta toda a quantidade de calor recebido em trabalho.” 
Este enunciado implica que, não é possível que um dispositivo térmico tenha um rendimento de 
100%, ou seja, por menor que seja, sempre há uma quantidade de calor que não se transforma em trabalho 
efetivo. 
 
6.4 Terceira Lei da da Termodinâmica 
Esta lei foi formulada com base no hipotético zero absoluto da escala kelvin (0k),que representaria a 
menor temperatura teórica que um sistema poderia alcançar. A essa temperatura não haveria nenhuma 
cinética molecular ou atômica e logo nenhum grau de desordem (entropia) nos elementos constituintes