biofisica Termologia

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BIOFÍSICA
Termologia
TERMOLOGIA
É a parte da física que estuda os fenômenos relativos ao 
aquecimento, ao resfriamento ou às mudanças de estado físico 
em corpos que recebem ou cedem energia. Temperatura e 
Calor são objetos de estudo da Termologia.
TEMPERATURA
Temperatura é a grandeza física associada ao estado de 
movimento ou à agitação das partículas que compõem os 
corpos. 
Moléculas muito agitadas = Temperatura alta.
Moléculas pouco agitadas = Temperatura baixa.
 MEDIÇÃO DE TEMPERATURA
 O termoscópio foi o primeiro instrumento 
 construído para medir a temperatura, em 
 1597 por Galileu Galilei.
 
 Consiste em um bulbo cheio de ar, provido de um
 tubo imerso em um recipiente contendo 
um 
 líquido. Quando o ar aquece a pressão aumenta 
 e o líquido desce.
Imagem: Galilean thermoscope. Reproduction of 
the Institute and Museum for the History of 
Science of Florence. Source: Photo of Franca 
Principe - IMSS Florence. / Max Planck Institute 
for the History of Science / Berlin Declaration on 
Open Access to Knowledge in the Sciences and 
Humanities.
TERMÔMETROS
Todo dispositivo usado para medir temperatura é 
chamado de termômetro.
Há vários tipos de termômetros. Os mais comuns são:
Termômetro clínico;
Termômetro de lâmina bimetálica; 
Termômetro a gás;
Termômetro de rua.
.
Termômetro Clínico
Tem por finalidade medir a temperatura do corpo humano, por 
isso indica valores entre 35 °C e 42 °C.
.
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Termômetro de Lâmina Bimetálica 
É utilizado para avaliar a temperatura em ambientes fechados, 
como fornos e câmaras frigoríficas. 
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Termômetro a Gás
É utilizado para medir baixas temperaturas. É muito usado 
em laboratórios de pesquisa.
Imagem: Kuroisam / Public Domain. (Tradução Nossa).
Termômetro de Rua
É utilizado para registrar a temperatura do ar no local. Consiste 
em um circuito elétrico no interior de um relógio digital, que 
capta a temperatura do ambiente. 
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EQUILÍBRIO TÉRMICO
Todos os corpos, sempre que possível, tendem a ir 
espontaneamente para o mesmo estado térmico. 
Portanto:
“Dois ou mais sistemas físicos estão em equilíbrio térmico entre 
si quando suas temperaturas são iguais”.
 
 
As partículas da água “quente” fornecem parte de sua energia 
de agitação para as partículas da água “fria” e vice-versa. A 
troca de energia só é interrompida quando o equilíbrio térmico é 
atingido.
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CALOR
Calor é a transferência de energia de um objeto ou 
sistema para outro, em razão, exclusivamente, da 
diferença de temperatura entre eles.
✔ Obs.: O Calor SEMPRE flui espontaneamente 
do corpo de MAIOR temperatura para o corpo 
de MENOR temperatura.
AS UNIDADES DE MEDIDA DO CALOR
A unidade oficial de calor no Sistema Internacional de 
Unidades (SI) é o Joule (J).
No entanto, na resolução de problemas de troca de calor, 
dá-se preferência, por razões históricas, à unidade caloria 
(cal). 
1 cal = 4,18 J
Caloria é quantidade de calor que 1 grama de água pura 
deve receber, sob pressão normal, para que sua 
temperatura seja elevada de 14,5 °C para 15,5 °C.
A unidade múltipla quilocaloria (kcal) também é muito 
usada na medida de quantidade de calor. 
 1 kcal = 1 000 cal = 103 cal
 
 
DIFERENÇA ENTRE TEMPERATURA E 
CALOR
Temperatura é a medida do grau de agitação das 
moléculas de um sistema.
Calor é a forma de transferir energia de um corpo 
ou sistema para outro.
PROCESSOS DE PROPAGAÇÃO DO CALOR
A mudança da energia térmica da região de maior 
temperatura para a de menor temperatura pode ser 
processada de três maneiras distintas:
✔condução;
✔convecção;
✔Irradiação.
Física, 2° ano
Conceito de Temperatura e Calor
LEMBRANDO
A propagação do calor pode ocorrer por três processos: 
condução, convecção e irradiação.
A condução acontece, em geral, nos sólidos.
A convecção predomina nos líquidos e gases, através de 
correntes de convecção.
A irradiação ocorre pela radiação; não é necessária a 
presença da matéria.
CONDUTORES E ISOLANTES TÉRMICOS
Condutores térmicos são materiais nos quais o 
processo de condução do calor é acentuado.
Exemplo: os metais.
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Isolantes térmicos são materiais nos quais ocorre pouca 
ou nenhuma transmissão de calor.
Exemplos: madeira e isopor.
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Alguns materiais como o vidro e o plástico dificultam a 
passagem da radiação térmica (forma de transmissão do 
calor por meio de radiação eletromagnética), mas 
permitem a passagem da luz, por isso a maioria das 
estufas possuem cobertura de vidro ou de plástico.
 
Imagem: Joseolgon / 
Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
Físico, Químico e Médico 
escocês, evidenciou-se no seu 
trabalho sobre Termodinâmica, 
sendo o primeiro a distinguir Calor 
de Temperatura. Introduziu a 
noção de Calor Específico e de 
Calor Latente. É considerado, 
juntamente com Cavendish e 
Lavoisier, um dos pioneiros da 
Química Moderna.
Joseph Black (1728 – 1799)
Imagem: James Heath (engraver) after Henry 
Raeburn / Domínio Público
Calor que produz variação de temperatura sem que o 
estado físico da matéria seja alterado.
Calor Sensível
Ex.: Quando colocamos 
algo para aquecer no fogo, 
estamos aumentando sua 
temperatura.
Imagem: GRAN / GNU Free Documentation License
Quantidade de calor necessária 
para elevar em 1ºC a temperatura 
de um corpo.
Capacidade Térmica
Equivale ao quociente entre a 
quantidade de calor recebido ou 
cedido pelo corpo e a 
correspondente variação de 
temperatura.
 
Exemplo:
Q = 40 
cal
46º
C
26º
C
∆T = 20 
ºC
Neste caso, temos: 
Logo: 
Esse resultado nos indica que, para variar a 
temperatura desse corpo em 1 ºC, 
precisaremos fornecer a ele 2 cal.
Quantidade de calor necessária para elevar em 1ºC a temperatura de 
uma unidade de massa de um corpo.
Calor Específico
 
http://d1gnq2svmchsi4.cloudfront.net/wp-content/uploads/2012/02/cryoscope.jpg
Exemplo:
Esse resultado nos indica que, para variar a 
temperatura de 1 g do material que compõe 
esse corpo em 1 º C, precisaremos fornecer a 
ele 0,5 cal.
Nesse caso, temos:
 
Logo: 
Q = 0,5 
cal
27º
C
26º
C
∆T = 1 
ºC
Equação Fundamental da Calorimetria
Como
 
Temos que: 
Essa expressão nos mostra que a Quantidade de Calor Sensível (QS) é 
DIRETAMENTE PROPORCIONAL
1.à Massa (m) do corpo Quanto maior a massa do corpo, maior a quantidade 
de calor necessária para variar sua temperatura;
2.ao Calor Específico (c) Quanto maior o calor específico, maior a quantidade 
de calor necessária para variar sua temperatura;
3.à Variação de Temperatura (∆T) Quanto maior a variação de temperatura que 
se deseja obter de um corpo, maior a quantidade de calor que se deve fornecer.
No deserto, durante o 
dia, a temperatura 
atinge valores muito 
elevados; situação que 
se inverte à noite, com 
temperaturas bem 
baixas. 
Imagem: Thomas Tolkien / Creative Commons Attribution 2.0 GenericCuriosidade
A areia do deserto possui calor específico relativamente pequeno, o 
que a faz aquecer com muita facilidade durante o dia e se resfriar 
facilmente à noite. Por isso, as temperaturas variam muito.
Curiosidade
A explicação dessa variação se 
baseia no conceito de calor 
específico.
Imagem: Thomas Tolkien / Creative Commons 
Attribution 2.0 Generic
1 Cal = 1000 cal
Curiosidade
A “Caloria” utilizada por médicos 
e nutricionistas é, na realidade, a 
quilocaloria (1 kcal = 1000 cal), 
também chamada Grande Caloria. 
Recipiente termicamente isolado 
que evita troca de calor entre o seu 
conteúdo e o meio externo.
Em princípio, um calorímetro ideal 
não deveria trocar calor com os 
corpos de seu interior, mas na 
prática isso ocorre. Portanto, em 
alguns casos, vamos considerar a 
capacidade térmica do calorímetro 
no equacionamento da troca de 
calor.
Imagem: Akshat Goel / Creative Commons 
Attribution-Share Alike 3.0 Unported
Calorímetro
A garrafa térmica é um tipo de 
calorímetro. 
Calorímetro
Com a finalidade de isolar termicamente o 
conteúdo de uma garrafa térmica do meio 
ambiente, adotam-se os seguintes 
procedimentos:
•As paredes internas são feitas de vidro, que, por 
ser mau condutor, atenua a troca de calor por 
condução;
•as paredes internas são duplas, separadas por 
uma região de vácuo, cuja função é evitar a 
condução do calor que passa pelas paredes de 
vidro.
Imagem: Henna / Creative Commons 
Attribution-Share Alike 1.0 Generic
• O vidro de que são feitas as paredes internas da 
garrafa é espelhado, para que o calor radiante seja 
refletido, atenuando assim as trocas por irradiação.
• Para evitar as possíveis trocas de calor por 
convecção, basta fechar a garrafa, pois dessa 
forma as massas fluidas internas não conseguem 
sair do sistema.
• É evidente que não existe o isolamento térmico 
perfeito; assim, apesar dos cuidados citados, após 
um tempo relativamente grande (várias horas), o 
conteúdo da garrafa térmica acaba atingindo o 
equilíbrio térmico com o meio ambiente.
A garrafa térmica é um tipo de 
calorímetro. 
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Calorímetro
Trocas de calor
Num sistema de vários corpos, termicamente isolados do meio externo, 
a soma das quantidades de calor por eles trocados é igual a zero.
 
Para um sistema de n corpos, escrevemos:
 
No caso de o sistema não estar termicamente isolado ou de o 
calorímetro não ser ideal, devemos levar em conta a troca de calor dos 
corpos com o ambiente.