em volume7 fisica PROFESSOR

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Livro do Professor
Física
1.ª série 
1.º volume
Volume 7
© Editora Positivo Ltda., 2015
Dados Internacionais para Catalogação na Publicação (CIP)
(Maria Teresa A. Gonzati / CRB 9-1584 / Curitiba, PR, Brasil)
M867 Dal Moro, Guilherme Andre.
 Física : ensino médio / Guilherme Andre Dal Moro ; reformulação dos originais de Luís 
Fernando Cordeiro ; ilustrações Eduardo Borges, Divo, Marcos Gomes. – Curitiba : Positivo, 2016.
 v. 7. : il.
 Sistema Positivo de Ensino
 ISBN 978-85-467-0380-7 (Livro do aluno)
 ISBN 978-85-467-0381-4 (Livro do professor)
 1. Física. 2. Ensino médio – Currículos. I. Cordeiro, Luís Fernando. II. Borges, Eduardo. 
III. Divo. IV. Gomes, Marcos. V. Título.
CDD 373.33
Presidente: Ruben Formighieri
Diretor-Geral: Emerson Walter dos Santos
Diretor Editorial: Joseph Razouk Junior
Gerente Editorial: Júlio Röcker Neto
Gerente de Arte e Iconografia: Cláudio Espósito Godoy
Autoria: Guilherme Andre Dal Moro; reformulação 
dos originais de: Luís Fernando Cordeiro
Supervisão Editorial: Jeferson Freitas
Edição de Conteúdo: Milena dos Passos Lima (Coord.) e Halina dos Santos França
Edição de Texto: Alexandre Gomes Popadiuk
Revisão: Melissa Harumi Pieczarka, Willian Marques e Mariana Bordignon
Supervisão de Arte: Elvira Fogaça Cilka 
Edição de Arte: Alexandra Mascari Cezar
Projeto Gráfico: YAN Comunicação
Ícones: ©Shutterstock/ericlefrancais, ©Shutterstock/Goritza, ©Shutterstock/Lightspring, 
 ©Shutterstock/Chalermpol, ©Shutterstock/Macrovector e ©Shutterstock/Blinka
Imagens de Abertura: ©Shutterstock/E.G.Pors e ©Shutterstock/Djomas
Editoração: Studio Layout
Ilustrações: Eduardo Borges, Divo e Marcos Gomes
Pesquisa Iconográfica: Janine Perucci (Supervisão), Carla Andrequetto e Karine Ribeiro de Oliveira Buzinaro
Engenharia de Produto: Solange Szabelski Druszcz
Produção
Editora Positivo Ltda.
Rua Major Heitor Guimarães, 174 – Seminário
80440-120 – Curitiba – PR
Tel.: (0xx41) 3312-3500
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Impressão e acabamento
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2018
Contato 
editora.spe@positivo.com.br
Todos os direitos reservados à Editora Positivo Ltda.
13
14
Sumário
Processos de transmissão de calor e 
estudo de um gás ....................................... 4
Condução térmica ........................................................................................... 5
Convecção térmica .......................................................................................... 8
Irradiação térmica .......................................................................................... 11
Transformações gasosas ................................................................................. 17
Trabalho de um gás ........................................................................................ 24
Primeira e Segunda Leis da Termodinâmica ....... 34
Primeira Lei da Termodinâmica ...................................................................... 36
Segunda Lei da Termodinâmica ...................................................................... 47
Máquinas térmicas ......................................................................................... 49
O projeto gráfico atende aos objetivos da coleção de diversas formas. As ilustrações, os diagramas e as figuras contribuem para a 
construção correta dos conceitos e estimulam o envolvimento com os temas de estudo. Assim, fique atento aos seguintes ícones:
Fora de escala numéricaFormas em proporçãoColoração artificial
Imagem ampliadaImagem microscópicaColoração semelhante ao natural
Representação artísticaEscala numéricaFora de proporção
Acesse o livro digital e 
conheça os objetos digitais 
e slides deste volume.
Processos de transmi
ssão 
de calor e estudo 
de um gás
Ponto de partida 
13
O parapente é um esporte de voo livre, sem propulsão de motores. É considerado um esporte radical, no qual o 
praticante tem o controle de direção, sentido e velocidade do movimento. Em algumas circunstâncias, ele pode 
permanecer em voo livre por longos intervalos de tempo.
1. Quais são as forças aplicadas no corpo do praticante de parapente? Quais são as orientações dessas forças?
2. Explique como um praticante de parapente pode se manter, em voo livre, por longos períodos, mesmo sem um 
motor de propulsão.
1
©Shutterstock/Marius Pirvu
4
Em um churrasco, existem diversas maneiras de 
transmitir o calor proveniente da queima do carvão para 
o alimento. A grelha, o espeto, o papel-alumínio, entre 
outros, são dispositivos que permitem a transmissão da 
energia térmica de maneiras diferentes.
Quando dois corpos de temperaturas diferentes são 
aproximados, ocorre troca de energia térmica entre eles, 
isto é, há transferência de calor. 
O calor é transferido, de modo espontâneo, dos 
corpos de maior temperatura para os de menor 
temperatura.
O calor pode ser transmitido por três processos diferen-
tes: condução, convecção e irradiação.
Condução térmica
É comum assarmos alimentos, como frangos, em espetos de metal. Os metais são bons condutores térmicos e 
possibilitam que os alimentos também sejam assados de dentro para fora.
O aquecimento do espeto ocorre pelo processo denominado condução térmica. Esse fenômeno pode ocorrer em 
sólidos e líquidos, mas é predominantemente presente nos meios sólidos. Isso porque a transferência de calor é reali-
zada de uma partícula para outra, como resultado da agitação e das colisões moleculares, sem que ocorra transporte 
de matéria. Nos sólidos, como as partículas estão mais próximas, o fluxo do calor é facilitado.
Fluxo de calor
O fluxo de calor é uma grandeza vinculada à transferência de calor atra-
vés de uma região. É o equivalente, para o calor, ao fluxo de água em uma 
torneira. Podemos fazer várias comparações nesse sentido: o fluxo de água 
é o volume de água que atravessa uma superfície em determinado inter-
valo de tempo, o fluxo de calor é a quantidade de calor transferida através 
de uma superfície em determinado intervalo de tempo.
Assim, define-se fluxo de calor ( ) como a razão en-
tre o calor (Q) transportado em um meio material, através 
de uma seção transversal reta, em um respectivo interva-
lo de tempo ( t):
Na equação, a letra grega “fi” ( ) representa o fluxo de calor (em watt, W, no SI); Q, a quantidade de calor (em joule, J); 
t, o intervalo de tempo (em segundo, s).
 reconhecer e diferenciar os processos de transmissão de calor;
 identificar os processos de transmissão de calor relacionando-os com situações cotidianas;
 compreender e classificar as transformações gasosas;
 definir trabalho de um gás ideal.
transmissão de calor;
e calor relacionando-os com situações cotidianas;
Objetivos da unidade:
©
Sh
u
tt
er
st
oc
k/
Ra
m
on
a 
H
ei
m
 Assar o alimento diretamente na grelha, no espeto ou no 
papel-alumínio pode auxiliar no tempo de preparo dos 
alimentos. Cada um desses processos transmite a energia 
térmica de uma maneira diferente.
Φ
Δ
=
Q
t
A
 O fluxo de calor pode ser 
compreendido como a taxa de 
energia térmica que atravessa uma 
área por unidade de tempo.
5
Considere uma haste homogênea com temperaturas distintas em suas extremidades, como um espeto de metal 
que uma pessoa (correndo sérios riscos de se queimar!) segura em uma extremidade enquanto coloca a outra extremi-
dade no fogo. Suponha que o calor só se propaga ao longo da haste e que a temperatura diminui gradativamente, da 
extremidade mais quente para a mais fria.
T
2
T
1
T
2 
> T
1
L
A
 A condução 
térmica consiste 
em um processo 
de transferência de 
energia que ocorre 
predominantemente 
nos sólidos.
O fluxo de calor transmitido de uma extremidade à outra de uma haste depende de três grandezas, respeitando as 
seguintes relações: é diretamente proporcional à área da seção transversal (A) eà diferença de temperatura entre os 
pontos analisados ( T), mas inversamente proporcional ao comprimento (L) do objeto. O fluxo ainda depende de uma 
constante de proporcionalidade, denominada coeficiente de condutibilidade térmica, simbolizada pela letra K, e que 
depende do material que constitui a haste. A relação a seguir é conhecida como Lei de Fourier.
Φ =
⋅ ⋅ −( )K A T T
L
2 1
Esse coeficiente de condutibilidade térmica é expresso por 
J
s m K
. Observe, na tabela a seguir, os valores de condu-
tibilidade térmica de alguns materiais e, com base neles, diferencie os bons condutores de calor dos isolantes térmicos.
COEFICIENTE DE CONDUTIBILIDADE TÉRMICA (K) DE ALGUMAS SUBSTÂNCIAS
Material Valor de K (kcal/h ∙ m ∙ ºC) Material Valor de K (kcal/h ∙ m ∙ ºC)
Ar seco em repouso 0,022 Tijolo maciço 0,70
Isopor 0,025 Gelo 0,8
Lã 0,033 Telha de barro 1,14
Algodão 0,047 Zinco 96
Fibra de vidro 0,20 Alumínio 175
Tijolo furado 0,35 Ouro 267
Água 0,50 Cobre 332
Vidro comum 0,65
Bons condutores de calor, como os metais em geral, 
têm coeficiente de condutibilidade térmica muito maior 
do que os isolantes térmicos, como o ar e o isopor.
ConexõesConexões
Quando se toca a madeira de uma porta e o metal de seu trinco, as sensações térmicas são diferentes. O mesmo 
ocorre ao se pisar descalço no carpete e em um piso de cerâmica. Tanto o trinco de metal quanto o piso parecem mais 
frios que a porta de madeira e o carpete. Entretanto, estão no mesmo ambiente e, contanto que não haja fornecimento 
de calor exclusivamente para um deles, suas temperaturas permanecerão iguais (equilíbrio térmico).
A resposta para essa sensação mais fria não está necessariamente na temperatura, mas no fluxo de calor. A sensação 
de frio é um indicativo de perda de energia térmica. Assim, a perda pode ocorrer mais rapidamente quando há grande 
diferença de temperatura entre as mãos e o objeto tocado ou quando o material é um bom condutor de calor (coeficiente 
alto de condutividade térmica). Em ambas as possibilidades, o fluxo térmico de calor da mão para o objeto é mais intenso. 
De modo formal, o coeficiente de condutibi-
lidade térmica representa a potência térmi-
ca transportada em relação ao comprimento 
do objeto e à diferença de temperatura em 
suas extremidades.
Fonte: HALLIDAY, David et al. Fundamentos de Física volume 2: gravitação, ondas e termodinâmica. 10. ed. Rio de 
Janeiro: LTC, 2016. p. 209.
6 Volume 7
Atividades
1. Consulte a tabela de coeficiente de condutibilidade 
térmica, vista anteriormente, e responda: qual é o 
melhor condutor e o melhor isolante térmico entre 
os materiais apresentados? Justifique a sua escolha 
pelo coeficiente de condutibilidade térmica.
O melhor condutor de calor é o cobre, pois tem maior condutibi-
lidade térmica. O melhor isolante é o ar, pois tem menor condu-
tibilidade térmica.
2. Complete as frases com a palavra entre parênteses 
que dá sentido à informação:
a) Os valores de condutibilidade térmica sugerem que 
os metais são bons (bons/maus) con-
dutores de calor. 
b) Alguns animais, durante o inverno, eriçam 
seus pelos para reter ar, pois este é um bom 
 isolante (isolante/condutor) térmico, 
haja vista a sua baixa (alta/baixa) 
condutividade térmica.
3. Há hotéis cujas paredes e móveis, inclusive as camas, 
são feitos de gelo. Os proprietários garantem que seus 
hóspedes passam mais frio fora do que dentro do hotel. 
Com base nos coeficientes de condutibilidade térmica, 
elabore uma justificativa física para esse fato.
O gelo, apesar de ser frio ao contato, é um bom isolante térmico, 
pois tem baixo coeficiente de condutibilidade térmica. Assim, 
pouco calor será transmitido através das paredes, caso a tempe-
ratura no interior do hotel seja superior à externa.
4. Qual a razão de tijolos maciços apresentarem maior 
coeficiente de condutividade que tijolos feitos com o 
mesmo material, porém furados?
O ar parado no interior das cavidades é um bom isolante térmico, 
portanto os tijolos furados são melhores isolantes que os maciços.
5. Em dias frios, é comum o uso de cobertores para 
reduzir a perda de calor para o ambiente. Uma pessoa 
de 1,2 m2 de área está usando um cobertor de 2,5 
cm de espessura. Sabendo que a temperatura da 
pele da pessoa é de, aproximadamente, 37 °C e que 
a temperatura externa é de 7 °C, determine quantas 
calorias serão transmitidas para o ambiente em 1 hora. 
(Dado: o coeficiente de condutibilidade do cobertor é de 
8 10–5 cal/s cm °C.)
Φ Φ
Φ Φ
=
⋅ ⋅ −( )
⇒ =
⋅ ⋅ ⋅ ⋅ −( )
⇒
=
⋅
⇒ =
−
−
K A T T
L
Q F 8 10 12 10 37 7
2 5
288 10
2 5
5 4
1
,
,
,
11152
1152
3 600
41472 0
,
, ,
cal/s
Φ
Δ
= ⇒ = ⇒ =
Q
t
Q
Q cal
Considerando que a condução de calor é estacionária, o 
fluxo será:
6. (UPE) Uma das extremidades de uma barra metálica 
isolada é mantida a 100 ºC, e a outra extremidade é 
mantida a 0 ºC por uma mistura de gelo e água. A 
barra tem 60,0 cm de comprimento e uma seção reta 
com área igual a 1,5 cm2. O calor conduzido pela barra 
produz a fusão de 9,0 g de gelo em 10 minutos. A 
condutividade térmica do metal vale em W/m K: 
 (Dado: calor latente de fusão da água = 3,5 ∙ 105 J/kg.)
É isso que ocorre com o metal, que é um melhor condutor de calor em relação à madeira, e com o piso de cerâmica, 
que tem coeficiente de condutividade térmica maior do que o carpete. Assim, se você tocar dois objetos que estejam 
a temperaturas iguais, porém mais baixas que a temperatura de seu corpo, o fluxo de calor da sua mão será maior para 
o objeto que possuir maior coeficiente de condutividade, causando a falsa impressão de que ele está mais frio.
Quanto maior o valor do coefi-
ciente de condutividade térmica, 
maior é a condução do calor e menos isolante ele se torna.
2 Gabaritos.
Sugestão de atividades: questões 1 a 5 da seção Hora de estudo.
Física 7
Convecção térmica
As chaminés residenciais e industriais têm a função de facilitar a queima do material combustível e a retirada dos 
gases formados na combustão. Essa remoção pode ocorrer de modo natural, sem equipamentos de sucção, por conta 
do fenômeno físico denominado convecção térmica.
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ka
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m
ys
h
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A
FN
R
 As chaminés residenciais e industriais favorecem a subida 
de gases produzidos na queima de combustíveis.
A convecção consiste no transporte de energia térmica de uma região para outra, por meio do transporte de ma-
téria, o que pode ocorrer somente com os fluidos (líquidos e gases). Quando a massa de água é aquecida por uma 
chama, a parte de baixo é aquecida primeiro. Isso provoca sua dilatação térmica e, devido ao aumento de volume, a 
massa específica diminui, conforme definição:
ρ =
m
V
Como consequência da redução da massa específica, produz-se 
uma força ascendente (empuxo) sobre a região inferior do fluido, 
que tem menor densidade. Em contrapartida, as regiões superiores, 
mais frias e densas, tendem a descer.
Em razão das diferenças de temperatura em ambientes climati-
zados, como no interior de uma geladeira e em salas com ar-condi-
cionado ou aquecedores, formam-se correntes de convecção, com 
ar frio descendente e ar quente ascendente, possibilitando uma 
melhor distribuição da energia térmica no local.
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 As correntes de convecção contribuem para a distribuição do calor em ambientes climatizados.
A imagem de abertura de unidade apresenta a prática do voo de parapente. Os parapentes, bem como as asas-
-deltas e os planadores, mesmo sem motores, podem subir com as correntes de convecção e permanecer no ar 
durante horas. 
 O aquecimento 
de um fluido 
pela região 
inferior 
favorece o 
surgimento das 
correntes de 
convecção.
D
iv
o.
 2
01
0.
 3
D
.
8 Volume 7
Em alguns casos, todavia, a dinâmica das 
massas de ar pode mantercamadas de fluido 
mais frias em regiões inferiores e camadas mais 
quentes em regiões superiores (bloqueadas por 
uma massa de ar frio que se posicionou acima).
Durante o inverno, em noites e manhãs 
frias, o solo perde calor rapidamente para o 
meio, mantendo-se mais frio do que a camada 
de ar imediatamente acima e fazendo com que 
não se formem as correntes de convecção. Esse 
fenômeno, denominado inversão térmica, im-
pede que a poluição atmosférica seja dispersa-
da, pois a renovação do ar deixa de ser eficiente 
e a formação das correntes de convecção é pre-
judicada. Assim, a poluição permanece acumu-
lada sobre as grandes cidades. 
A dispersão da poluição do ar pode ocorrer com o passar do dia, à medida que o aquecimento do solo eleva as 
temperaturas das camadas inferiores da atmosfera e origina as correntes de convecção.
Experimento
Este experimento tem como objetivo demonstrar que, em meios líquidos, o calor propaga-se melhor por con-
vecção do que por condução. 
Materiais
 • 2 jarras cilíndricas transparentes
 • Permanganato de potássio (os comprimidos po-
dem ser comprados em qualquer farmácia)
 • Termômetro digital
 • Chama
 • Grade dissipadora de calor
 • Ebulidor elétrico
Como fazer
Verificando as correntes de convecção
1. Preencha uma das jarras com água 
fria e coloque o comprimido de per-
manganato de potássio – ele servirá 
de “corante”.
2. Aqueça essa jarra.
D
iv
o.
 2
01
5.
 3
D
.
 Nas grandes metrópoles, em dias frios, é comum a ocorrência de inversões 
térmicas e do consequente acúmulo de poluição em camadas mais baixas da 
atmosfera.
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Física 9
Verificando os processos de propagação do calor 
1. Preencha a outra jarra com água fria.
2. Coloque o comprimido de permanganato de 
potássio dentro do ebulidor elétrico.
3. Coloque, cuidadosamente, o ebulidor elétri-
co dentro da jarra com água. É importante 
que ele fique na metade superior do reci-
piente. 
4. Ligue o ebulidor elétrico.
5. Após alguns instantes, verifique a tempera-
tura da parte superior do líquido e da parte 
inferior do líquido.
Análises
1. O primeiro experimento serve para evidenciar o surgimento das correntes de convecção. Explique o que você 
visualizou.
2. Faça um desenho esquemático de como ficou a jarra no segundo experimento.
3. No segundo experimento, o que podemos deduzir sobre a temperatura do líquido na metade inferior e na metade 
superior da jarra? Por que isso ocorreu?
3 Gabarito.
Sugestão de atividades: questões 6 a 8 da seção Hora de estudo.
Existem outras questões que envolvem convecção térmica, mas também estão associadas à irradiação. Por isso são indicadas 
na próxima seção de atividades.
Atividades
n
1. Assinale V para as afirmações verdadeiras e F para as falsas:
a) ( F ) A convecção pode ocorrer em meios sólidos.
b) ( V ) A convecção pode ocorrer em meios líquidos.
c) ( V ) A convecção pode ocorrer em meios gasosos.
d) ( F ) A convecção pode ocorrer no vácuo.
e) ( V ) A condução pode ocorrer em meios sólidos.
f) ( V ) A condução pode ocorrer em meios líquidos.
g) ( V ) A condução pode ocorrer em meios gasosos.
h) ( F ) A condução pode ocorrer no vácuo.
2. Complete os espaços em branco com uma das palavras dadas entre parênteses, de maneira que as frases fiquem 
corretas.
a) Chamamos de fluido toda matéria que se encontra nas fases líquida ou gasosa (sólida/
líquida/gasosa).
b) Quando um líquido ou um gás é aquecido, ele tende a aumentar (aumentar/diminuir) o seu volume 
e, consequentemente, a sua densidade diminui (aumenta/diminui). Partes de um fluido que 
sejam menos densas subirão (subirão/descerão) e partes de um fluido que sejam mais densas 
 descerão (subirão/descerão).
D
iv
o.
 2
01
5.
 3
D
.
4 Gabaritos.
10 Volume 7
3. (ENEM) Numa área de praia, a brisa marítima é uma 
consequência da diferença no tempo de aquecimento 
do solo e da água, apesar de ambos estarem submeti-
dos às mesmas condições de irradiação solar. No local 
(solo) que se aquece mais rapidamente, o ar fica mais 
quente e sobe, deixando uma área de baixa pressão, 
provocando o deslocamento do ar da superfície que 
está mais fria (mar).
Menor pressão
Brisa marítima
 À noite, ocorre um processo inverso ao que se verifica 
durante o dia. 
Brisa terrestre
 Como a água leva mais tempo para esquentar (de dia), 
mas também leva mais tempo para esfriar (à noite), o 
fenômeno noturno (brisa terrestre) pode ser explicado 
da seguinte maneira:
X a) O ar que está sobre a água se aquece mais; ao su-
bir, deixa uma área de baixa pressão, causando um 
deslocamento de ar do continente para o mar.
b) O ar mais quente desce e se desloca do continen-
te para a água, a qual não conseguiu reter calor 
durante o dia.
c) O ar que está sobre o mar se esfria e dissolve-se na 
água; forma-se, assim, um centro de baixa pressão, 
que atrai o ar quente do continente.
d) O ar que está sobre a água se esfria, criando um 
centro de alta pressão que atrai massas de ar conti-
nental.
e) O ar sobre o solo, mais quente, é deslocado para 
o mar, equilibrando a baixa temperatura do ar que 
está sobre o mar.
4. Um arquiteto desenhou os projetos de duas salas para 
uma casa. Em uma das salas, ele previu a instalação 
de um ar-condicionado e, na outra, ele projetou a ins-
talação de um aquecedor. Represente na ilustração o 
sentido do movimento das massas de fluido liberadas 
por cada um dos equipamentos.
Ilu
st
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iv
o.
 2
01
5.
 3
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.
a)
b)
Irradiação térmica
Voltando à situação do churrasco, quando embalamos 
o alimento em um papel-alumínio, temos como objetivo 
refletir a radiação térmica e assar mais uniformemente o 
alimento. Por isso, a parte mais brilhante deve ficar virada 
para o alimento, facilitando a reflexão. 
©
Sh
u
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C
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82
 O alimento embalado 
em um papel-alumínio 
reflete o calor irradiado.
Física 11
A luz que podemos enxergar, as micro-ondas emitidas por um forno, o infravermelho usado em aparelhos de fisio-
terapia e os raios X utilizados em radiografias são exemplos de radiação – ondas eletromagnéticas que se propagam 
à velocidade da luz. Esse tipo de onda pode se propagar tanto em meios materiais (sólidos, líquidos e gases) quanto 
no vácuo e representa o processo de propagação de calor do Sol até a Terra. Isso porque a condução e a convecção 
térmica necessitam exclusivamente de meios materiais para a propagação do calor.
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 Raios solares, infravermelhos e micro-ondas são ondas eletromagnéticas que podem se propagar no vácuo ou em meios materiais.
O processo de irradiação térmica justifica, por exemplo, o aqueci-
mento ao redor de uma fogueira. Nessa situação, parte significativa do 
calor transferido para o ar sobe pelas correntes ascendentes de convec-
ção e não aquece as pessoas ao redor. Entretanto, outra parte desse calor 
é transferida por irradiação e se propaga nas três dimensões. Essa energia 
chega às pessoas ao redor da fogueira e possibilita o aquecimento delas.
Há situações, por outro lado, em que se objetiva confinar a radiação 
térmica, em vez de permitir sua propagação, como ocorre no interior 
de garrafas térmicas. Elas apresentam duas camadas de um material es-
pelhado que estão separadas por uma região de vácuo. O vácuo impede a perda de calor por meio da condução e o 
material espelhado reflete a radiação emitida pelo líquido confinado no interior da garrafa.
De modo semelhante, em estufas agrícolas, a radiação infravermelha emitida pelo solo e pelas plantas é refletida 
pela estrutura de vidro ou plástico, mantendo o ambiente aquecido.
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 Em garrafas térmicase em estufas agrícolas, a finalidade principal é evitar as trocas de calor pelo processo de irradiação.
D
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o.
 2
00
3.
 D
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ita
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O efeito estufa também ocorre na atmosfera, com reflexão e absorção da radiação infravermelha que é emitida pela 
superfície terrestre. O diagrama a seguir apresenta os principais gases da atmosfera terrestre que absorvem a radiação 
solar. O gráfico da intensidade espectral (o gráfico mais acima) apresenta, em vermelho, a radiação que incide sobre a 
Terra. Ainda no gráfico de intensidade espectral, em azul, é apresentada a intensidade em função do comprimento de 
onda da radiação irradiada pela Terra. 
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A
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 Um dos principais modos de propagação do 
calor de uma fogueira é pela irradiação térmica.
12 Volume 7
O gráfico mostra que, 
de toda a radiação inciden-
te na Terra, 70% a 75% da 
energia transmitida pelo 
Sol atinge o solo (repre-
sentada no gráfico pela cor 
vermelha). A parcela que 
não chega à superfície da 
Terra é absorvida ou refle-
tida pela atmosfera. A ra-
diação que chega ao solo 
aquece a Terra, a qual a ree-
mite, porém, na frequência 
infravermelha (representa-
da no gráfico pela cor azul). 
Todavia, da radiação ree-
mitida pela Terra, somen-
te 15% a 30% passa pela 
atmosfera, sendo liberada 
para o espaço. A maior par-
te dessa radiação retorna 
para a Terra, por reflexão, 
ou é absorvida pelos gases 
(estufas) que estão presen-
tes na atmosfera.
Na parte inferior do diagrama, é apresentada a intensidade da radiação absorvida pelos gases da atmosfera. 
Percebe-se que o vapor-d’água é o gás que mais absorve a radiação incidente, porém essa absorção ocorre para ra-
diações de baixa frequência, em especial no infravermelho. Dessa forma, o vapor-d’água não contribui significativa-
mente para a absorção dos raios ultravioleta, tarefa essa realizada especialmente pelo gás ozônio. Essa informação 
reafirma que o uso de bloqueadores ou protetores solares é imprescindível para proteger a pele mesmo quando há 
nebulosidade.
É importante salientar que o 
efeito estufa é um fenômeno natu-
ral, resultado das características da 
atmosfera terrestre. No entanto, a 
emissão excessiva de gases, como 
dióxido e monóxido de carbono, 
causa alterações na composição e 
nas propriedades físico-químicas 
da atmosfera, provocando mudan-
ças no seu padrão de absorção e re-
flexão. Essas alterações vêm sendo 
apontadas como as principais res-
ponsáveis pelas mudanças abrup-
tas no clima, seja em escala local 
ou global.
©
Sh
u
tt
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st
oc
k/
M
ar
af
on
a
 Fenômenos climáticos cada vez mais extremos são exemplos das consequências das 
mudanças na atmosfera provocadas pela ação humana.
Radiação transmitida pela atmosfera
0,2
UV Visível Infravermelho
Percentual de
absorção de toda a 
atmosfera
Vapor-d’água
Dióxido de carbono
Oxigênio e ozônio
Metano
55
25
 K
21
0-
31
0 
K
100
75
50
25
0
Radiação solar incidente (70-75% é
transmitida pela atmosfera)
Radiação térmica irradiada pela Terra 
(15-30% é transmitida)
1 10 70
0,2 1 10 70
In
te
n
si
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ad
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es
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ec
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al
C
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P
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Óxido nitroso
Espalhamento Rayleigh
Comprimento de onda (Micrômetro)
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A
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Física 13
Lei de Stefan-Boltzmann
Todos os corpos, independentemente do material dos quais são formados, emitem e absorvem radiação térmica. 
Quando os materiais estão em equilíbrio térmico (desconsiderando outros processos de transferência de calor), a po-
tência irradiada é igual à potência absorvida. Porém, se a potência irradiada for superior à potência absorvida, o corpo 
tende a reduzir sua temperatura em virtude da perda de calor pela irradiação. De modo similar, se a potência absorvida 
for superior à emitida, a temperatura do corpo se eleva.
A expressão que relaciona a temperatura de um corpo 
com a potência por ele irradiada ou emitida foi desenvolvida 
experimentalmente por Josef Stefan (1835-1893) e teoricamente 
por Ludwig Boltzmann (1844-1906) e é conhecida como Lei de 
Stefan-Boltzmann.
A potência emitida por um corpo depende da sua temperatura, 
dimensão e natureza. Stefan e Boltzmann perceberam que a taxa 
com que um corpo emite energia térmica é diretamente proporcional 
à quarta potência da sua temperatura (Tc
4
), à área da superfície (A) 
em contato com o ambiente e a uma constante que depende do 
material, denominada emissividade (e). A emissividade é um fator 
medido de 0 a 1 que relaciona a capacidade de emissão do material 
em relação a um corpo emissor ideal, denominado corpo negro. 
A potência emitida é, portanto, igual a:
P e A Te c= ⋅ ⋅ ⋅σ
4
Na equação, o termo (letra grega sigma) representa uma constante 
de proporcionalidade, denominada constante de Stefan-Boltzmann, 
igual a:
σ = ⋅
⋅
−5 67 10 8
2 4
,
W
m K
De modo semelhante à emissão, a potência absorvida por um corpo também depende da temperatura, da 
dimensão e da natureza dos corpos. Porém, a característica do material que se relaciona à sua capacidade de absorver 
a radiação é denominada absortividade (a). A absortividade de um material é igual à emissividade, logo:
a = e
Assim, a potência absorvida por um corpo que está em um ambiente com temperatura Ta é igual a:
P a A Ta a= ⋅ ⋅ ⋅σ
4
Como todo objeto irradia energia para o meio ao mesmo tempo que absorve energia do meio, a potência líquida 
trocada com o ambiente é quantificada pela diferença entre a potência recebida e a perdida:
4 4
líquida a cP a A T e A T= σ⋅ ⋅ ⋅ − σ⋅ ⋅ ⋅
Como a absortividade de um material é igual à emissividade (a = e), temos que:
4 4
líquida a cP e A (T T )= σ⋅ ⋅ ⋅ −
Se a temperatura do ambiente for superior à temperatura do corpo, a potência líquida é positiva, o que implica 
recebimento de energia. Do contrário, se a temperatura do ambiente for menor que a temperatura do corpo, a po-
tência líquida é negativa e, consequentemente, há perda de energia térmica pelo corpo. Isso explica por que, mesmo 
o ar sendo um mau condutor de calor, sentimos algum frio se a temperatura ambiente for muito menor que nossa 
temperatura corpórea: a potência líquida de nosso corpo é negativa. 
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ik
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to
k
 Materiais aquecidos emitem radiação 
eletromagnética. Dependendo do material e da 
temperatura, essa radiação ocorre na faixa da luz 
visível, como é o caso do carvão em brasa ou do 
filamento de uma lâmpada.
O corpo negro é assim denominado por ser 
capaz de absorver e emitir radiação em qual-
quer comprimento de onda. Por isso, possui 
emissividade e absortividade igual a 1.
14 Volume 7
ConexõesConexões
Por terem características físicas parecidas, fenômenos que ocorrem com a luz visível também acontecem com o 
infravermelho. Superfícies metálicas e polidas podem refletir essas ondas e, por isso, alguns modelos de fornos e chur-
rasqueiras são espelhados em sua parte interna. O objetivo é impedir que o infravermelho que incide sobre as paredes 
saia do ambiente. Esse espelhamento faz com que tais ondas de calor sejam refletidas para o alimento que está sendo 
preparado, aumentando a quantidade de energia que ele recebe e diminuindo o tempo de preparo. 
Atualmente, diversas residências possuem, sob a sua cobertura, uma manta térmica, feita com material espelhado. 
Nas regiões de clima mais quente, o objetivo de usá-las é facilitar a reflexão das ondas eletromagnéticas que entrariam 
na residência e que, consequentemente, iriam aquecê-la. Em regiões frias, o objetivo da manta é evitar a perda de parte 
do calor emitido de dentro para fora. 
A parte interna das caixas de leite longa vida são feitas com um material espelhado e produzem praticamente o 
mesmo efeito das mantas térmicas. Assim, é possível reaproveitá-las para melhorar o conforto térmico de residências, 
economizando energia elétrica e retirando,do meio ambiente, caixas que apenas aumentariam o volume do lixo nos 
aterros sanitários.
Atividades
1. (PUC-Rio – RJ) O mecanismo através do qual ocorre a 
perda de calor de um objeto é dependente do meio no 
qual o objeto está inserido. No vácuo, podemos dizer 
que a perda de calor se dá por:
a) condução.
b) convecção.
X c) radiação.
d) condução e convecção.
e) convecção e radiação.
2. (UFRGS – RS) Considere as afirmações a seguir refe-
rentes aos três processos de transferência de calor:
 I. A radiação pode ser refletida pelo objeto que a 
recebe.
 II. A condução ocorre pela propagação de oscilações 
dos constituintes de um meio material.
 III. A convecção ocorre apenas em fluidos.
 Quais estão corretas?
a) Apenas I.
b) Apenas III.
c) Apenas I e II.
d) Apenas II e III.
X e) I, II e III.
 Informações para as questões de 3 a 5:
 Todo corpo emite algum tipo de onda eletromagnética 
e a intensidade dessa emissão (I) depende da tempe-
5 Gabaritos.
ratura absoluta (T). A Lei de Stefan-Boltzmann expressa 
quantitativamente essa relação pela equação I = ∙ T4. 
O símbolo refere-se a uma constante denominada de 
constante de Stefan-Boltzmann. A radiação recebida 
por um corpo pode provocar aquecimento; e a emiti-
da, resfriamento. Conforme a cor de um corpo, haverá 
uma tendência de ele absorver e emitir mais energia na 
forma de radiação. Corpos negros, por exemplo, absor-
vem e emitem mais radiação que os brancos.
3. Complete os espaços com as palavras adequadas, que 
se encontram entre os parênteses:
a) Pela Equação de Stefan-Boltzmann, é possível con-
cluir que a intensidade da radiação (I) emitida por 
um corpo é diretamente (dire-
tamente/inversamente) proporcional à temperatura 
absoluta elevada à quarta potência. Assim, quanto 
mais quente (quente/frio) for um 
corpo, maior será a intensidade de radiação emitida.
b) Quando uma pessoa se aquece próximo a um larei-
ra, pode-se concluir que o calor se propaga até ela, 
principalmente, por irradiação 
 (condução/convecção/irradiação).
Física 15
6 Sugestões de respostas da 
seção Organize as ideias.
Organize as ideias
Observe a ilustração ao lado e utilize-a 
para construir um resumo que contenha:
 • identificação dos processos de 
transmissão de calor indicados pe-
las flechas. 
 • explicações sobre os processos de 
transmissão de calor (em que meio 
ocorrem, suas características e ou-
tros exemplos). 
 • apresentação das equações (quan-
do existirem).
4. Em um ensolarado dia de verão, você vai sair com ami-
gos para uma caminhada pela praia. De acordo com as 
informações apresentadas, quais são os tons de cores 
de roupas mais adequados para essa caminhada?
Os tons claros de cores nas roupas são os mais adequados para
 a ocasião, pois absorvem menor quantidade de radiação solar, 
evitando, assim, um aquecimento excessivo.
5. A garrafa térmica, também chamada de vaso de 
Dewar, tem a função de evitar transferências de calor. 
Se, dentro dela, for colocado um líquido mais quente que 
o ambiente, espera-se que ele não esfrie e, se colocado 
um líquido mais frio, espera-se que ele não esquente. 
 Entre suas várias características, dois aspectos devem 
ser destacados em relação a uma garrafa térmica. O 
primeiro é que ela possui paredes duplas, separadas 
por um espaço vazio, de onde foi retirado o ar e, por 
isso, tem-se, praticamente, vácuo. O segundo é que 
suas superfícies, interna e externa, são espelhadas. 
Baseado nos conceitos de propagação de calor, expli-
que a razão dessas duas características.
O quase vácuo entre as paredes impede a transmissão de calor por 
condução e convecção; o espelhamento das superfícies dificulta 
a troca de calor por irradiação.
6. (ENEM) Em um experimento, foram utilizadas duas gar-
rafas PET, uma pintada de branco e a outra de preto, 
acopladas cada uma a um termômetro. No ponto mé-
dio da distância entre as garrafas, foi mantida acesa, 
durante alguns minutos, uma lâmpada incandescente. 
Em seguida, a lâmpada foi desligada. Durante o ex-
perimento, foram monitoradas as temperaturas das 
garrafas: a) enquanto a lâmpada permaneceu acesa e 
b) após a lâmpada ser desligada e atingirem equilíbrio 
térmico com o ambiente.
 
Termômetro
 A taxa de variação da temperatura da garrafa preta, em 
comparação à da branca, durante todo experimento, foi
a) igual no aquecimento e igual no resfriamento.
b) maior no aquecimento e igual no resfriamento.
c) menor no aquecimento e igual no resfriamento.
d) maior no aquecimento e menor no resfriamento.
X e) maior no aquecimento e maior no resfriamento.
A taxa de variação da temperatura da garrafa preta é maior do 
que a taxa de variação da temperatura da garrafa branca, pois 
corpos que absorvem bem o calor emitem bem o calor.
D
iv
o.
 2
01
5.
 3
D
.
Sugestão de atividades: questões 9 a 15 da seção Hora 
de estudo.
16 Volume 7
Transformações gasosas
Os aerossóis são partículas de líquidos e sólidos que se 
dispersam em um gás. Eles são tipicamente confinados em 
alta pressão no interior de recipientes que contêm um aviso 
para não serem perfurados ou reutilizados. Os aerossóis são 
muito frequentes em desodorantes, pois são práticos para 
a aplicação do produto. Seu funcionamento está ligado 
ao estudo dos gases, em particular com o que acontece 
com eles em relação às variáveis de pressão, volume e 
temperatura.
Os gases são fluidos que ocupam todo o volume do reci-
piente no qual estão confinados. Por conta dessa propriedade, 
podem expandir (aumento do volume) ou comprimir (redução 
do volume), conforme a pressão à qual são submetidos.
O aumento da pressão aplicada sobre um gás pode provo-
car a mudança de fase para o estado líquido. Por isso, dentro de 
cilindros de gás oxigênio, ou outros gases, a substância pode se 
encontrar na fase líquida. Ao sair do recipiente e submeter-se 
à pressão atmosférica, o líquido rapidamente muda para a fase 
gasosa.
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Sh
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b
iP
 O gás expelido pelos aerossóis 
expande-se rapidamente sem 
trocar calor com o ambiente.
ConexõesConexões
É inegável: os gases fazem parte do nosso cotidiano, a começar pelo ar que respiramos. São inúmeras as suas 
aplicações, que vão das mais simples, como inflar balões com hélio para festas de aniversário de crianças, até as mais 
sofisticadas, como as cirurgias oftalmológicas e gástricas, nas quais são aplicados gases, como o hexafluoreto de en-
xofre e o dióxido de carbono. Raros são os campos de trabalho que, de alguma maneira, não utilizam gases direta ou 
indiretamente. Por isso, conhecer as propriedades dessa fase da matéria permite aos engenheiros e técnicos escolher 
o gás mais apropriado para determinada aplicação. O argônio, por exemplo, é usado em lâmpadas incandescentes, 
substituindo o ar atmosférico, rico em oxigênio. Essa escolha deve-se ao fato de ele ser um gás nobre e, por isso, não 
reagente. Ele é incolor, insípido, inodoro e não inflamável. Se as lâmpadas fossem preenchidas com ar, quando em fun-
cionamento, seu filamento literalmente pegaria fogo, pois atinge cerca de 3 000 ºC, temperatura suficiente para entrar 
em combustão, caso esteja na presença de oxigênio.
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 Os cilindros 
de mergulho 
armazenam gases 
em alta pressão, 
entre eles o oxigênio. 
Desse modo, 
pode-se armazenar 
quantidade de gás 
suficiente para longo 
período de uso. 
Gases ideais
Nesta unidade, vamos estudar o comportamento de gases que se adaptam a modelos idealizados. São, por isso, deno-
minados gases ideais e representam gases hipotéticos cujas grandezas podem ser relacionadas por equações matemáti-
cas mais simples. 
Física 17
Além da expansividade e da compressibilidade, os gases ideais têm as seguintes características:
1.ª – as moléculas que os compõem possuem mesma massa;2 .ª – o volume das moléculas pode ser desprezível em relação ao volume do recipiente que as contém;
3.ª – o volume ocupado pelo gás é determinado pelo recipiente que o contém e suas partículas estão distribuídas 
uniformemente, ocupando todo o volume;
4 .ª – apresentam movimento aleatório, regido pelas Leis de Newton;
5.ª – consideram-se desprezíveis as forças gravitacionais e elétricas entre as moléculas, uma vez que estão muito 
distantes entre si;
6 .ª – as colisões das moléculas entre si e com as paredes do recipiente são perfeitamente elásticas.
Os gases reais, que encontramos na natureza, podem ser considerados gases ideais em temperaturas elevadas e 
pressões baixas. Nessas condições, as distâncias intermoleculares são grandes, e as forças intermoleculares, desprezí-
veis. Assim, quando nos referirmos simplesmente a um gás neste livro, trata-se de um gás ideal.
As principais propriedades que definem o estado de um gás são o volume (V), a pressão (p) e a temperatura (T). 
Essas grandezas são denominadas variáveis de estado. Quando uma dessas grandezas varia, o gás passa por um 
processo denominado transformação gasosa. Como as variáveis de estado se inter-relacionam, quando uma das 
propriedades do gás varia, no mínimo, outra também se altera.
Para o estudo das transformações dos gases ideais, vamos analisar situações em que uma das variáveis permanece 
inalterada, e as outras, variam. As principais transformações gasosas são: isocórica, isobárica e isotérmica.
Transformação isocórica: Lei de Gay-Lussac
Nas transformações gasosas, o termo iso (do grego isos, igual) se refere à propriedade que permanece constante. 
No caso dessa transformação, o tamanho e o volume permanecem constantes, pois córico (do grego khoro) significa 
lugar. Portanto, uma transformação isocórica (também denominada transformação isométrica ou isovolumétrica) é 
aquela em que as dimensões do recipiente no qual o gás é confinado não se alteram e, portanto, o volume ocupado 
pelo gás permanece o mesmo.
Considere um recipiente cilíndrico com um êmbolo imóvel (travado) em sua parte superior. Além do êmbolo, o cilin-
dro tem dois instrumentos de medida: um termômetro e um manômetro (medidor de pressão). 
Em um instante de tempo inicial, o gás possui temperatura T1 e está submetido a uma pressão p1. Uma fonte de ca-
lor aquece o gás e, depois de certo intervalo de tempo, observam-se variações nas medidas de temperatura e pressão.
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 D
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ita
l.
 Ao aquecer um gás confinado em um cilindro, observa-se o aumento da pressão caso o volume se mantenha constante.
Salientar que a atmosfera, 
mesmo sendo uma mistura de vários gases, pode ser considerada um gás ideal para fins didáticos.
18 Volume 7
O fornecimento de calor para o gás provoca aumento da temperatura. Com o aumento da temperatura, as 
moléculas mais agitadas colidem mais com as paredes do recipiente e com o êmbolo, mas, como o êmbolo está preso, 
a força trocada entre ele e o gás aumenta, ou seja, há um aumento na pressão. Portanto, nessa transformação, um 
aumento na temperatura tem como consequência um aumento na pressão. O físico francês Louis Joseph Gay-Lussac 
(1778-1850) observou essa relação e comprovou que, em transformações isocóricas, a pressão e a temperatura do gás 
são grandezas diretamente proporcionais. Consequentemente, um gás que se apresente em quaisquer estados de 
pressão e temperatura, com volumes iguais, deve seguir a relação:
p
T
p
T
1
1
2
2
constante
No caso de o gás ser resfriado, como a pressão é 
proporcional à variação da temperatura, a pressão 
também diminui. Lorde Kelvin, conforme estudamos 
anteriormente, observou que a temperatura mínima 
na matéria é aquela na qual a pressão seria nula. Essa 
temperatura é de –273,15 ºC e é denominada zero 
absoluto. 
Em uma panela de pressão, o calor fornecido pelo fo-
gão provoca o aumento da temperatura e o consequen-
te aumento da pressão do vapor no interior da panela. 
Como, nesse caso, a dilatação da panela é desprezível, o 
fenômeno é considerado uma transformação isocórica.
Transformação isobárica: Lei de Charles
Se a pressão de um gás permanece constante durante uma transformação, ela é denominada transformação 
isobárica (do grego baros, pressão).
Considere o mesmo recipiente cilíndrico anterior, mas agora com um êmbolo móvel – livre para subir e descer, sem 
atrito com as paredes do cilindro. Em um instante de tempo inicial, o gás possui temperatura T1 e ocupa um volume 
V1. Uma fonte de calor aquece o gás, o que leva a variações nas medidas de temperatura e volume. A pressão, nesse 
caso, é constante, pois o êmbolo está livre para se movimentar e sua área e seu peso permaneceram os mesmos – a 
pressão, então, permanece a mesma.
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 Ao aquecer um gás confinado em um cilindro que pode variar seu volume, observa-se a proporcionalidade entre o volume e a 
temperatura.
 Na panela de pressão, 
podemos observar 
uma transformação 
isocórica.
D
iv
o.
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D
.
Física 19
O fornecimento de calor para o gás provoca aumento da temperatura e, como consequência, aumento do volume. 
Caso o gás fosse resfriado, o volume seria reduzido. O físico francês Jacques Charles (1746-1823) observou essa relação 
e comprovou que, em transformações isobáricas, o volume e a temperatura do gás são grandezas diretamente propor-
cionais. Consequentemente, um gás que se apresente em quaisquer estados de volume e temperatura, com pressões 
iguais, deve seguir a relação:
V
T
V
T
1
1
2
2
constante
Durante o enchimento de um balão, o aquecimento do ar provoca o aumento do volume, até que obtenha seu 
formato definido. De maneira semelhante, isso pode ocorrer, por exemplo, com um recipiente cheio de algum gás 
colocado no interior de um refrigerador. Se o recipiente for construído de um material flexível, é observada a redução 
de seu volume.
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sk
ar
 O
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ag
 Durante o 
preparo de 
um balão de 
ar quente, o 
ar atmosférico 
passa por uma 
transformação 
isobárica.
Transformação isotérmica: Lei de Boyle-Mariotte
São conhecidas como transformações isotérmicas (do grego termo, temperatura) aquelas cuja temperatura do gás 
permanece constante durante o processo.
Considere, agora, que o recipiente cilíndrico se encontra em um estado inicial a um volume V1 e pressão p1 e que, 
após uma compressão forçada, passa para o estado final com volume V2 e pressão p2. Nesse contexto, verificamos que, 
ao reduzir o volume do recipiente, de maneira lenta e contínua, mantendo a temperatura constante, a pressão à qual 
o gás é submetido se eleva de maneira inversamente proporcional.
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T
p1 p2
V1 V2
T
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ita
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 Ao aumentar a pressão aplicada sobre um gás, o seu respectivo volume se reduz proporcionalmente.
20 Volume 7
A observação da relação inversa entre a variação da pressão 
aplicada a um gás e o seu respectivo volume é atribuída ao 
irlandês Robert Boyle (1627-1691). Desse modo, a transformação 
de um gás à temperatura constantedeve seguir a relação:
p V p V1 1 2 2⋅ = ⋅ = constante
Durante um mergulho, as bolhas liberadas pela respiração do 
mergulhador sobem com temperatura constante, porém com 
variações de pressão e volume. Como a pressão da água sobre 
a bolha se reduz à medida que ela se aproxima da superfície, o 
volume das bolhas aumenta com a redução da profundidade.
Relação entre número de mols e pressão de um gás
Até o momento, estudamos situações em que a quantidade de moléculas do gás permanecia constante, ou não 
era relevante na análise. Embora o número de moléculas do gás não se caracterize como variável de estado, está rela-
cionado com o comportamento de um gás nas três transformações estudadas anteriormente.
O conceito de mol é definido como a quantidade de matéria de um número determinado de entidades quaisquer. 
Esse número foi definido pelo italiano Lorenzo Amedeo Avogadro (1776-1856) e, por isso, é denominado número de 
Avogadro. Seu valor é:
NA = ⋅6 02 10
23,
O termo mol indica uma quantidade de 6,02 ∙ 1023 entidades quaisquer (átomos, moléculas, elétrons, etc.). Assim, 
1 mol de hidrogênio equivale a uma quantidade de 6,02 ∙ 1023 moléculas de hidrogênio, por exemplo.
O número de Avogadro foi estabelecido para relacionar a massa (em gramas) de qualquer entidade com sua 
respectiva massa em unidades de massa atômica. Logo, um mol de hidrogênio, ou 6,02 ∙ 1023 átomos de hidrogênio, 
cada qual com massa molecular igual a 1 u, possui uma massa de 1 g. Da mesma forma, um mol de hélio, ou 6,02 ∙ 1023 
átomos de hélio, possui uma massa de 2 g, uma vez que sua respectiva massa atômica é 2 u.
Para estabelecer a relação entre o número de mols de um gás e a sua respectiva pressão exercida, considere que, 
nos experimentos anteriores, ocorra um vazamento em virtude de uma ruptura no cilindro. Nesse caso, o volume e a 
temperatura não se alteram, mas o número de mols e a pressão, inicialmente n1 e p1, se reduzem proporcionalmente. 
Essa relação foi obtida pelo francês Benoît Clapeyron (1799-1864) no estabelecimento da Lei Geral dos Gases.
 No caso de vazamento de gás de um recipiente pressurizado, a pressão se reduz proporcionalmente à quantidade de gás que é perdida.
K
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280
290
300
310
320
330
340
350
200
360 
370 
0
50
100
150
200 0
50
100
104 Pa104 Pa
150
200
K
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
200
360 
370 
T
p1
n1 n2
p2
V V
T
240
250
260
270
280
290
300
240
250
260
270
280
290
300
Ed
u
ar
d
o 
Bo
rg
es
. 2
01
5.
 D
ig
ita
l.
Frisar aos alunos que u representa a unidade de massa atômica.
©
Sh
u
tt
er
st
oc
k/
Jo
n
M
iln
es
 
 
 
 Quando uma bolha é solta no fundo 
do mar, a pressão sobre ela se reduz 
conforme sobe. Desse modo, durante 
sua ascendência até a superfície, ela 
passa por um processo isotérmico.
Física 21
A razão entre a pressão exercida por um gás e o 
número de mols deve ser constante – caso as demais 
variáveis de estado permaneçam inalteradas:
p
n
p
n
1
1
2
2
constante
Ao calibrar os pneus de um veículo, aumentamos 
ou diminuímos o número de mols de ar dentro dele, 
com o objetivo de adequar a pressão interna conforme 
valores especificados pelo fabricante.
Lei Geral dos Gases e Equação de Clapeyron
Nos tópicos anteriores, estudamos as relações entre as variáveis de estado. Com base nessas relações, Clapeyron 
estabeleceu uma única equação que sintetiza as transformações de um gás ideal, a equação geral dos gases.
p V
n T
p V
n T
1 1
1 1
2 2
2 2
⋅
⋅
=
⋅
⋅
= constante
Observe que a equação pode ser utilizada para cada uma das transformações estudadas anteriormente. Admitindo 
que a quantidade de gás não se altera, isto é, se o número de mols permanecer constante, temos:
p
T
p
T
1
1
2
2
, se a transformação foi isovolumétrica (V1 = V2);
V
T
V
T
1
1
2
2
, se a transformação foi isobárica (p1 = p2);
p V p V1 1 2 2⋅ = ⋅ , se a transformação foi isotérmica (T1 = T2);
p V
T
p V
T
1 1
1
2 2
2
⋅
=
⋅
, se apenas o número de mols se mantiver constante (n1 = n2).
Clapeyron observou que a equação geral dos gases é válida para qualquer gás ideal, em qualquer transformação. 
Logo, a constante definida por ele não é específica de um único gás, mas é uma constante universal, denominada 
constante universal dos gases ideais e simbolizada pela letra R. Assim:
p V
n T
⋅
⋅
= R
O formato mais comum da Equação de Clapeyron é apresentado como:
p V n T⋅ = ⋅ ⋅R
Para as variáveis de estado com as unidades em atm (pressão), L (volume) e K (temperatura), temos que a constante 
possui valor igual a:
R
atm L
K mol
=
⋅
⋅
0 082,
A constante também pode ser expressa com as unidades das variáveis de estado no SI. Como 1 atm = 1,01 ∙ 105 Pa, 
1 L = 1 ∙ 10–3 m3, temos:
R
P m
K mol
a
=
⋅ ⋅
⋅
−
0 082
101 01 10 5 3 3
,
,
R
Pa m
K mol
=
⋅
⋅
8 31
3
, ou R
J
K mol
=
⋅
8 31,
Tradicionalmente, embora não seja o caso mais geral, a quarta 
equação é chamada de Lei Geral dos Gases e pode ser referida 
dessa forma em outros materiais ou em questões de vestibular.
©
Sh
u
tt
er
st
oc
k/
m
u
ra
ta
rt
 Ao encher o pneu de um veículo, aumentam-se a quantidade de 
mols e, consequentemente, a pressão interna.
22 Volume 7
Atividades
7 Gabaritos.
1. Um gás é confinado em um recipiente de volume variável. 
A variação do volume de um gás ideal com relação à 
variação da temperatura é representada pela tabela a 
seguir:
V (m3) 1,0 1,5 3,0 5,2
T (K) 180 270 540 936
a) Observando os dados da tabela, classifique a trans-
formação a que o gás foi submetido.
b) Construa um gráfico de volume por temperatura 
com os três primeiros dados da tabela.
2. A pressão de um gás ideal varia com a temperatura, de 
acordo com tabela a seguir:
p (N/m2) 1 ∙ 105 2 ∙ 105 3 ∙ 105 4 ∙ 105
T (K) 200 400 600 800
a) Observando os dados da tabela, classifique a trans-
formação a que o gás foi submetido, sabendo que o 
número de moléculas permaneceu constante.
b) Construa um gráfico de pressão por temperatura 
com os três primeiros dados da tabela.
3. O gráfico a seguir foi obtido a partir da transformação 
isotérmica de um gás ideal.
2,0
p
B
0,5
0
p (atm)
A
B
C
2 4 V
C V (m
3)
 Determine a pressão correspondente ao estado B e o 
volume correspondente ao estado C.
4. Uma bexiga de festa de aniversário tem volume de 
3 ∙ 10–3 m3. A temperatura ambiente é de 27 ºC e a 
pressão do ar no interior da bexiga é de 0,408 atm. 
Sabendo-se que o valor da constante universal dos 
gases é R = 0,082 atm · L/K · mol e que o ar, nessas 
condições, comporta-se, aproximadamente, como gás 
ideal, determine a quantidade de ar dentro da bexiga, 
em mol.
 
p V n R T n
n n mol
⋅ = ⋅ ⋅ ⇒ ⋅ = ⋅ ⋅
= ⇒ ≅
0 408 3 0 082 300
1224 24 6 0 05
, ,
, , ,
5. Um recipiente cúbico de volume igual a 0,1 m3 encon-
tra-se a uma temperatura de 27 ºC. Nessas condições, 
determine a pressão de 0,5 mol do gás. (Considere 
R = 8,3 J/mol ∙ K.)
 
p V n R T p
p p Pa
⋅ = ⋅ ⋅ ⇒ ⋅ = ⋅ ⋅ ⇒
⋅ = ⇒ =
0 1 0 5 8 3 300
0 1 1 245 12 450
, , ,
,
6. (IFSP) No alto de uma montanha a 8 ºC, um cilindro 
munido de um êmbolo móvel de peso desprezível 
possui 1 litro de ar no seu interior. Ao levá-lo ao pé da 
montanha, cuja pressão é de 1 atmosfera, o volume 
do cilindro se reduz a 900 cm3 e sua temperatura 
se eleva em 6 ºC. A pressão no alto da montanha é 
aproximadamente, em atm, de:
a) 0,66
b) 0,77
X c) 0,88
d) 0,99
e) 1,08
p V
T
p V
T
p
p atm1 1
1
2 2
2
1
1
1
8 273
1 0 9
14 273
0 88
⋅
=
⋅
⇒
⋅
+
=
⋅
+
⇒ =
,
,
7. (UFPB) Numa indústria de engarrafamento e liquefação 
de gases, um engenheiro lida, frequentemente, com 
variações na pressão e no volume de um gás devido a 
alterações de temperatura. Um gás ideal, sob pressão 
de 1 atm e temperatura ambiente (27 ºC), tem um 
volume V. Quando a temperatura é elevada para 327 ºC, 
o seu volume aumenta em 100%. Nessa situação, a 
pressão do gás, em atm, é:
a) 0,5
Xb) 1,0
c) 1,5
d) 2,0
e) 2,5
p V
T
p V
T
V p V
p
p
1 1
1
2 2
2
1 2 1
2
2
1
27 273
2
327 273
1
300
2
600
⋅
=
⋅
⇒
⋅
+
=
⋅ ⋅
+
⇒
=
⋅
⇒ = 11atm
Sugestão de atividades: questões 16 a 23 da seção Hora de estudo.
Física 23
Trabalho de um gás
Como um gás pode receber ou ceder energia? Um gás pode trocar energia tanto na forma de calor quanto na 
forma de trabalho. Calor é energia térmica em trânsito, que passa espontaneamente de corpos de maior tempe-
ratura para corpos de menor temperatura. Já o trabalho está associado à ação de uma força (por exemplo, força 
elástica) e um deslocamento, transferindo uma energia correspondente à natureza da força (por exemplo, energia 
potencial elástica).
Estudamos as trocas de calor em unidades anteriores e vimos que, quando um corpo ganha energia térmica, esse 
calor pode ser classificado como positivo e, se perder, negativo.
Na Mecânica, o conceito de trabalho está relacionado à aplicação de uma força na direção de um deslocamento. 
Quando um gás está confinado em um recipiente fechado, em que uma de suas paredes pode se deslocar (como um 
êmbolo), haverá realização de trabalho físico e transferência de energia. São duas as situações possíveis: expansão ou 
compressão de um gás. A seguir, vamos tratar com mais detalhes de cada uma delas e estabelecer uma convenção 
para os sinais.
Expansão de um gás à pressão constante
 Se um gás se expande em razão da força exercida 
sobre as paredes de um recipiente, há a realização 
de um trabalho mecânico.
Ed
u
ar
d
o 
Bo
rg
es
. 2
01
5.
 D
ig
ita
l.
Nessa expansão, como a força aplicada pelo gás está no mesmo sentido do deslocamento do êmbolo (no caso, 
ambos para cima), o gás realiza trabalho. O trabalho realizado pelo gás é positivo e pode ser determinado pela seguinte 
relação:
gás = F ∙ s
Como o conceito de pressão é definido por p
F
A
 e, como consequência, a força pode ser determinada por F = p A, 
temos: 
gás = p ∙ A ∙ s gás = p ∙ V
A pressão sempre é positiva e, portanto, o trabalho é positivo quando o volume aumentar, ou seja, quando o gás se 
expandir. Uma vez que a grandeza trabalho indica uma transformação de energia, o gás, enquanto se expande, reduz 
sua energia para realização do trabalho. No entanto, essa equação só pode ser usada quando a pressão for constante.
Na página 17, há a imagem de um aerossol sendo liberado de uma embalagem de desodorante. Nessa situação, 
o gás realiza um trabalho positivo. No entanto, sabemos que o trabalho é um processo físico em que uma energia 
é transformada em outra. No caso, o gás utiliza sua energia (energia interna) e a transforma em energia mecânica, 
associada à sua expansão. Por esse motivo, durante esse processo, o gás se resfria. 
O termo adiabático se refere às transformações em que 
o gás não troca energia em forma de calor com o ambien-
te. Imagine uma transformação desta natureza, em que as 
colisões entre as partículas do gás e as paredes internas do 
cilindro sejam intensas o suficiente para elevar o êmbolo, 
aumentando o volume interno a uma pressão constante.
24 Volume 7
Compressão de um gás à pressão constante
p
0 V
1
 V
2
p
1 2
VV
 O trabalho realizado por um gás pode 
ser determinado em um diagrama p x V a 
partir do cálculo da área em destaque.
0 V
A
B
I
II
III
p
 O trabalho realizado por um gás 
depende da pressão a que ele é 
submetido durante sua expansão 
ou compressão.
 Quando o ambiente reduz o volume de um gás, mediante 
aplicação de uma força, há a realização de trabalho sobre o gás.
Ed
u
ar
d
o 
Bo
rg
es
. 2
01
5.
 D
ig
ita
l.
Pressão
VolumeV
1
V
2
A
1
2
 Em diagramas p x V em que a pressão 
é variável, o trabalho também pode ser 
determinado pelo cálculo da área.
Trabalho de um gás em transformações com pressão variável
Considere um gráfico de pressão em função do volume de um gás em uma 
transformação isobárica. O produto p · V corresponde ao trabalho realizado 
pelo gás, tendo em vista que, no gráfico, a pressão corresponde geometrica-
mente à altura de um retângulo, e a variação do volume, à base do retângulo.
Como a área de um retângulo é determinada pelo produto da base do re-
tângulo pela sua altura, podemos definir que o trabalho do gás corresponde 
numericamente à área destacada na imagem.
Essa relação não é somente válida para transformações em que a pressão 
é constante, mas para qualquer transformação gasosa, como indicado nos 
diagramas ao lado.
Para qualquer transformação gasosa, é possível calcular 
o trabalho determinando a área do diagrama da pressão 
em função do volume (p × V):
τ=N A
Caso haja uma expansão, as forças das colisões das partículas do gás contra o 
êmbolo realizam trabalho. Usualmente, diz-se que o gás realiza trabalho e, assim, 
tem sinal positivo. Caso haja compressão, diz-se que o gás recebe trabalho e, 
dessa forma, tem sinal negativo.
Pode-se considerar que existem inúmeros processos pelos quais um gás 
pode passar de um estado A para um estado B. Desse modo, o trabalho realizado 
depende não somente dos estados inicial e final, mas dos estados intermediá-
rios do gás durante a transformação. Considere, por exemplo, um gás que sofre 
uma expansão de A para B. Nesse caso, o trabalho realizado pelo gás é maior no 
trajeto I e menor no III.
Imagine, agora, que um agente externo empurre o êm-
bolo, comprimindo o gás, ou seja, diminuindo o seu volume.
Na compressão de um gás, como a força aplicada pelo gás 
está em direção oposta ao deslocamento do êmbolo, o gás 
realiza trabalho negativo, ou seja, há a realização de trabalho 
sobre o gás. Nesse caso, o trabalho realizado é definido pela 
mesma relação ( gás = p ∙ V), mas o valor de V será negativo. 
Como a pressão sempre é positiva, o trabalho será negativo 
quando o volume diminuir, ou seja, quando o gás se comprimir. 
Nessa compressão, o gás aumenta sua energia em razão do 
trabalho realizado sobre ele. Na expansão livre, isto é, quando o 
gás passa a ocupar um volume onde antes havia vácuo, não há 
pressão a ser vencida, não há força sendo necessária e, dessa 
forma, não há realização de trabalho.
Física 25
Atividades
1. Em uma transformação sem trocas de calor, ocorre um 
aumento no volume do gás.
a) Houve expansão ou compressão da massa gasosa?
Houve expansão, pois o volume aumentou.
b) Nesse caso, o gás empurrou a parede (de dentro 
para fora), realizando trabalho, ou o meio externo 
empurrou a parede (de fora para dentro) e o gás 
recebeu trabalho?
O gás empurrou a parede para fora, realizando trabalho.
c) Como o trabalho corresponde à quantidade de ener-
gia transferida de um sistema para outro, pode-se 
afirmar que o gás recebeu ou cedeu energia com o 
trabalho?
O gás cedeu energia com o trabalho.
d) Nesse processo, o gás deve aumentar ou diminuir a 
sua energia interna?
Como cedeu energia no processo, sua energia interna diminui.
e) A temperatura do gás deve aumentar ou diminuir?
Como a energia interna diminui, também diminui sua temperatura.
f) Determine o sinal matemático do trabalho.
Positivo.
2. Em uma transformação sem trocas de calor, ocorre 
uma diminuição no volume do gás.
a) Houve expansão ou compressão da massa gasosa?
Houve uma compressão, pois o volume do gás diminui.
b) Nesse caso, o gás empurrou a parede (de dentro 
para fora), realizando trabalho, ou o meio externo 
empurrou a parede (de fora para dentro) e o gás 
recebeu trabalho?
O meio externo empurrou a parede para dentro, realizando 
trabalho sobre o gás.
c) Já que trabalho corresponde à quantidade de ener-
gia transferida de um sistema para outro, pode-se 
afirmar que o gás recebeu ou cedeu energia com o 
trabalho?
O gás recebeu energia com o trabalho realizado sobre ele.
d) Nesse processo, o gás deve aumentar ou diminuir a 
sua energia interna?
Como o gás recebeu energia, sua energia interna deve 
aumentar.
e) A temperatura do gás deve aumentar ou diminuir?
Como a energia interna aumenta,sua temperatura deve tam-
bém aumentar.
f) Determine o sinal matemático do trabalho.
Negativo.
3. O volume de um gás ideal aumenta de 6,0 10–6 m
3 
para 11 10–6 m
3 enquanto a pressão permanece 
constante e igual a 2,0 105 N/m
2. Calcule o trabalho 
realizado pelo gás.
 
 = p V = 2,0 105 (11 10–6 – 6,0 10–6) = 1 J
4. Um gás sofre uma compressão isobárica na qual seu 
volume se reduz de 13 000 cm3 para 10 000 cm3. 
Qual o trabalho realizado sobre o gás, sabendo que a 
pressão permanece constante e igual a 2 500 N/m2?
 
 = p V = 2 500 (10 000 10–6 – 13 000 10–6) 
 = –7,5 J
8 Gabaritos.
26 Volume 7
5. Calcule, para esses gráficos, o módulo do trabalho e atribua o sinal correspondente:
a) p (N/m2)
V (m3)
10
2 5
b) p (N/m2)
V (m3)
10
2 8
 
 
c) p (N/m2)
V (m3)
5
10
51
 
 
d) p (N/m2)
V (m3)5
8
1
 
6. Este quadro deve ser preenchido com sinais ou palavras que atendam à solicitação que se encontra na primeira linha 
(título da respectiva coluna):
Forma como 
o gás trocou 
energia
Representação da 
grandeza por meio 
de uma letra e o 
respectivo sinal 
(Q+; Q–; +; –)
O gás recebe 
ou cede 
energia?
A energia 
interna 
aumenta ou 
diminui?
A variação 
da energia 
interna 
( U = U – U0) 
é positiva ou 
negativa?
A temperatura 
do gás 
aumenta ou 
diminui?
Somente recebe 
calor
Q+ Recebe Aumenta Positiva Aumenta
Somente perde 
calor
Q– Cede Diminui Negativa Diminui
Somente realiza 
trabalho
+ Cede Diminui Negativa Diminui
Somente recebe 
trabalho
– Recebe Aumenta Positiva Aumenta
Organize as ideias
As palavras destacadas abaixo estão relacionadas com o que foi estudado nesta unidade a respeito das transfor-
mações gasosas. Monte, em seu caderno, um mapa conceitual contendo, no mínimo, 10 quadros e sete das palavras 
a seguir.
Pressão – gases ideais – variação – densidade – temperatura – energia – kelvin 
– número de mols – quantidade de matéria – transformação isovolumétrica – 
trabalho – velocidade – joule – transformação
9 Sugestões de respostas da seção Organize as ideias.
Sugestão de atividades: questões 24 a 28 da seção Hora de estudo.
Física 27
Física em foco
Cientistas desvendam a física por trás do estouro da pipoca
Quando fazemos pipoca, dificilmente paramos para pensar no que de fato provoca aquela magia do bem 
capaz de transformar um simples e incomível grão de milho em uma pipoca deliciosa e quentinha. Pois saiba 
que para a ciência, mesmo em 2015, grande parte do processo também continuava sem uma explicação con-
clusiva. Pesquisadores franceses resolveram gravar o momento mágico do estouro da pipoca com câmeras de 
alta velocidade para entender de uma vez por todas o que provoca o mecanismo e também o que acontece com 
o milho nos primeiros instantes depois da transformação.
Eles descobriram que, ao invés de ser causado pela quebra da casca ou por impactos contra outras super-
fícies, aquele “pop” que já vai dando água na boca surge do vapor-d’água escapando rapidamente do interior 
do grão. O núcleo é composto por 14% de água – quando aquecida, evapora aos 100 ºC, mas é contida pela 
casca, que funciona como uma espécie de panela de pressão. Este envoltório duro só se rompe aos 180 ºC, e 
neste instante o vapor escapa dali de dentro altamente pressurizado. A “concha” de milho também funciona 
como uma espécie de caixa acústica, que amplifica o barulho. O processo pode ser comparado com o estouro 
de uma rolha de champagne.
Enquanto escapa pela rachadura, o vapor aquecido leva junto o interior feito de amido e fibras e o trans-
forma na pipoca que conhecemos. O artigo publicado na Royal Society Publishing também apresenta outra 
descoberta interessante: com o auxílio de uma câmera que registra incríveis 2 900 quadros por segundo, os 
cientistas notaram que o movimento do núcleo sendo lançado ao ar é semelhante ao de um acrobata dando 
uma cambalhota. Até então, os pesquisadores supunham que o escape do vapor impulsionava o grão para 
cima, em uma espécie de “efeito foguete”. Mas não: antes de ir parar na sua boca, a pipoca, literalmente, faz 
uma acrobacia.
OLIVEIRA, André Jorge de. Cientistas desvendam a física por trás do estouro da pipoca. Galileu, 12 fev. 2015. Disponível em: <http://revistagalileu.
globo.com/Ciencia/Pesquisa/noticia/2015/02/cientistas-desvendam-fisica-por-tras-do-estouro-da-pipoca.html>. Acesso em: 22 abr. 2015.
Hora de estudo
1. (ENEM) Uma garrafa de vidro e uma lata de alumínio, 
cada uma contendo 330 mL de refrigerante, são man-
tidas em um refrigerador pelo mesmo longo período 
de tempo. Ao retirá-las do refrigerador com as mãos 
desprotegidas, tem-se a sensação de que a lata está 
mais fria que a garrafa. É correto afirmar que:
a) a lata está realmente mais fria, pois a capacidade 
calorífica da garrafa é maior que a da lata. 
b) a lata está de fato menos fria que a garrafa, pois o 
vidro possui condutividade menor que o alumínio. 
c) a garrafa e a lata estão à mesma temperatura, pos-
suem a mesma condutividade térmica, e a sensação 
deve-se à diferença nos calores específicos. 
X d) a garrafa e a lata estão à mesma temperatura, e a 
sensação é devida ao fato de a condutividade térmi-
ca do alumínio ser maior que a do vidro.
e) a garrafa e a lata estão à mesma temperatura, e a 
sensação é devida ao fato de a condutividade térmi-
ca do vidro ser maior que a do alumínio.
2. (ENEM) A padronização insuficiente e a ausência 
de controle na fabricação de refrigeradores podem 
também resultar em perdas significativas de ener-
gia através das paredes da geladeira. Essas perdas, 
em função da espessura das paredes, para geladei-
ras e condições de uso típicas, são apresentadas 
na tabela.
10 Gabaritos.
A resolução das questões desta seção deve ser feita no caderno.
28 Volume 7
Espessura das 
paredes (cm)
Perda térmica 
mensal (kWh)
2 65
4 35
6 25
10 15
 Considerando uma família típica, com consumo médio 
mensal de 200 kWh, a perda térmica pelas paredes de 
uma geladeira com 4 cm de espessura, relativamente 
à outra de 10 cm, corresponde a uma porcentagem do 
consumo total de eletricidade da ordem de:
a) 30%. 
b) 20%. 
X c) 10%. 
d) 5%. 
e) 1%. 
3. Em uma cidade muito quente, um engenheiro pretende 
determinar qual o fluxo de calor que passa por uma pa-
rede de 5 cm de espessura, 2 m2 de área e feita de tijo-
lo maciço cujo coeficiente de condutibilidade térmica é 
K = 0,70 kcal/h m °C. Considere que a temperatura 
externa é de 40 ºC e a temperatura interna é mantida 
em 20 ºC.
4. (UFG – GO) Uma caixa de isopor em forma de paralelepí-
pedo de dimensões 0,4 · 0,6 · 0,4 m contém 9 kg de gelo 
em equilíbrio térmico com água. Esse sistema é fechado 
e mantido em uma sala cuja temperatura ambiente é 
de 30 °C. Tendo em vista que o gelo é completamente 
derretido após um intervalo de 10 horas, calcule:
 (Dados: 1 cal ~ 4,0 J; calor latente de fusão do 
gelo = 80 cal/g)
a) o fluxo de calor, em watt, que o conteúdo da caixa de 
isopor recebe até derreter o gelo;
b) a espessura da caixa de isopor. Utilize o coeficiente 
de transmissão de calor do isopor 4,0 · 10−2 W/m °C.
5. (UFC – CE) Uma barra cilíndrica reta metálica, homo-
gênea, de comprimento L, com seção transversal A, 
isolada lateralmente a fim de evitar perda de calor para 
o ambiente, tem suas duas extremidades mantidas a 
temperaturas T1 e T2, T1 > T2. Considere que o regime 
estacionário tenha sido atingido.
a) Escreva a expressão do fluxo de calor por condução, 
sabendo-se que esse fluxo é proporcional à área 
da seção transversal e à diferença de temperatura 
entre os extremos da região de interesse ao longo 
da direção do fluxo e inversamente proporcional à 
distância entre tais extremos.
b) Determine a temperatura de um ponto da barra 
localizado a uma distância L/3 da extremidade de 
maior temperatura em função de T1 e T2.
6. Francisco trabalha como vendedor de bebidas na beirada praia. Para gelar suas bebidas mais rapidamente e 
mantê-las assim, percebeu que é melhor colocar o gelo 
da caixa de isopor por cima do que ele deseja gelar. 
Assinale a alternativa que apresenta a explicação física 
para essa situação cotidiana.
a) O ar que está em contato com o gelo é menos den-
so e sobe para a parte de cima da caixa de isopor 
mantendo-a gelada por mais tempo.
X b) O ar frio que está em contato com o gelo é mais 
denso e fica concentrado na parte de baixo da caixa.
c) O gelo por cima das latas funciona como um isolan-
te térmico que impede a saída do frio de dentro da 
caixa de isopor.
d) Não existe relação entre os conceitos físicos estuda-
dos e a situação descrita no enunciado.
7. As lâmpadas de lava são objetos de decoração que 
podem ter seu funcionamento explicado a partir dos 
processos de transmissão de calor.
 Observe a imagem a seguir com a ilustração de quatro 
etapas da lâmpada de lava:
 1 – lâmpada desligada;
 2 – momento em que a lâmpada é acesa;
 3 – fluido colorido começa a subir;
 4 – já existem partes do fluido subindo e descendo na 
lâmpada.
1 2 3 4
D
iv
o.
 2
01
5.
 3
D
.
 Explique quais processos de transmissão de calor 
estão envolvidos nas etapas 2 e 4. Justifique sua 
resposta.
8. (UFSM – RS) O congelador é colocado na parte su-
perior dos refrigeradores, pois o ar se resfria nas 
proximidades dele, a densidade e 
desce. O ar quente que está na parte de baixo, por 
ser , sobe e resfria-se nas proximidades 
do congelador. Nesse caso, o processo de transfe-
rência de energia na forma de calor recebe o nome 
de .
 Assinale a alternativa que preenche corretamente as 
lacunas.
29Física
a) aumenta – mais denso – convecção
b) diminui – mais denso – condução
c) aumenta – menos denso – condução
d) diminui – menos denso – irradiação
X e) aumenta – menos denso – convecção
9. (PUCPR) Analise as afirmações referentes à transferên-
cia de calor:
 I. As roupas de lã dificultam a perda de calor do corpo 
humano para o meio ambiente devido ao fato de o 
ar existente entre suas fibras ser um bom isolante 
térmico.
 II. Devido à condução térmica, uma barra de ferro 
mantém-se a uma temperatura inferior a um pedaço 
de madeira mantida no mesmo ambiente.
 III. O vácuo entre duas paredes de um recipiente serve 
para evitar a “perda de calor” por irradiação.
 Marque a alternativa correta:
a) Apenas II está correta.
b) Apenas III está correta.
X c) Apenas I está correta.
d) I, II e III estão corretas.
e) I, II e III estão erradas.
10. (ENEM) O resultado da conversão direta de energia so-
lar é uma das várias formas de energia alternativa de 
que se dispõe. O aquecimento solar é obtido por uma 
placa escura coberta por vidro, pela qual passa um 
tubo contendo água. A água circula, conforme mostra 
o esquema a seguir:
 
Adaptação: PALZ, Wolfgang. Energia solar e fontes 
alternativas. São Paulo: Hemus, 1981. 
 São feitas as seguintes afirmações quanto aos mate-
riais utilizados no aquecedor solar:
 I. O reservatório de água quente deve ser metálico 
para conduzir melhor o calor. 
 II. A cobertura de vidro tem como função reter melhor 
o calor, de forma semelhante à que ocorre em uma 
estufa.
 III. A placa utilizada é escura para absorver melhor a 
energia radiante do Sol, aquecendo a água com 
maior eficiência.
 Entre as afirmações acima, pode-se dizer que apenas 
está(ão) correta(s):
a) I.
b) I e II.
c) II.
d) I e III.
X e) II e III.
11. (UNESP – SP) Um corpo I é colocado dentro de uma 
campânula de vidro transparente evacuada. Do lado 
externo, em ambiente à pressão atmosférica, um corpo 
II é colocado próximo à campânula, mas não em conta-
to com ela, como mostra a figura:
 
Vácuo
III
 As temperaturas dos corpos são diferentes e os pinos 
que os sustentam são isolantes térmicos. Considere as 
formas de transferência de calor entre esses corpos e 
aponte a alternativa correta:
a) Não há troca de calor entre os corpos I e II porque 
não estão em contato entre si.
b) Não há troca de calor entre os corpos I e II porque o 
ambiente no interior da campânula está evacuado.
c) Não há troca de calor entre os corpos I e II porque 
suas temperaturas são diferentes.
d) Há troca de calor entre os corpos I e II e a transfe-
rência se dá por convecção. 
X e) Há troca de calor entre os corpos I e II e a transfe-
rência se dá por meio de radiação eletromagnética.
12. (ENEM)
energia refletida
pela superfície,
pelas nuvens
e pelo ar
30%
radiação solar
absorvida
diretamente
pela atmosfera
20%
radiação solar
incidente
100%
energia 
irradiada
para o 
espaço pela
superfície
6%
energia 
carregada
para cima
na formação
de 
vapor-d’água
24%
energia 
carregada
para cima
pela
convecção
6%
radiação 
absorvida
pela água
e pelo CO
2
na atmosfera
14%
I
II
III
50%
IV V
energia irradiada
para o espaço pela
atmosfera
64%
atmosfera
superfície
Raymond A. Serway e John W. Jewett. Princípios de Física, v. 2 
fig. 18 12 (com adaptações)
30 Volume 7
 Com base no diagrama anterior, conclui-se que 
a) a maior parte da radiação incidente sobre o planeta 
fica retida na atmosfera. 
b) a quantidade de energia refletida pelo ar, pelas 
nuvens e pelo solo é superior à absorvida pela 
superfície.
c) a atmosfera absorve 70% da radiação solar inciden-
te sobre a Terra.
X d) mais da metade da radiação solar que é absorvida 
diretamente pelo solo é devolvida para a atmosfera. 
e) a quantidade de radiação emitida para o espaço pela 
atmosfera é menor que a irradiada para o espaço 
pela superfície.
13. (ENEM) O uso mais popular de energia solar está as-
sociado ao fornecimento de água quente para fins do-
mésticos. Na figura a seguir, é ilustrado um aquecedor 
de água constituído de dois tanques pretos dentro de 
uma caixa termicamente isolada e com cobertura de 
vidro, os quais absorvem energia solar.
vidraças duplas
água
quente
tanques
pintados
de preto
camada refletiva
água
 fria
Y
X
A. Hinrichs e M. Kleinbach. Energia e meio ambiente. São Paulo: 
Thompson, 3 ed., 2004, p. 529.
 Nesse sistema de aquecimento, 
a) os tanques, por serem de cor preta, são maus absor-
vedores de calor e reduzem as perdas de energia.
X b) a cobertura de vidro deixa passar a energia lumino-
sa e reduz a perda de energia térmica utilizada para 
o aquecimento.
c) a água circula devido à variação de energia lumino-
sa existente entre os pontos X e Y.
d) a camada refletiva tem como função armazenar 
energia luminosa.
e) o vidro, por ser bom condutor de calor, permite que 
se mantenha constante a temperatura no interior da 
caixa.
14. (UPE) Sobre os processos de transmissão do calor, 
analise as proposições a seguir e conclua. 
( V ) O calor sempre se propaga de um corpo com 
maior temperatura para um corpo de menor tem-
peratura. 
( V ) Na transmissão de calor por condução, a energia 
térmica se propaga de partícula para partícula, 
sem que elas sejam transladadas. 
( V ) Na convecção, o calor se propaga por meio do mo-
vimento de fluidos de densidades diferentes.
( F ) A irradiação térmica exige um meio material, para 
que ocorra a propagação de calor. 
( V ) O poder emissivo do corpo negro é proporcional à 
quarta potência de sua temperatura absoluta.
15. (ITA – SP) De acordo com a Lei de Stefan-Boltzmann, 
o equilíbrio da atmosfera terrestre é obtido pelo ba-
lanço energético entre a energia de radiação do Sol 
absorvida pela Terra e a reemitida pela mesma. Con-
sidere que a energia fornecida por unidade de tempo 
pela radiação solar é dada por P = A ⋅ e ⋅ σ ⋅ T4, 
em que σ = 5,67 ⋅ 10–8 W m–2 K–4; A é a área da 
superfície do corpo; T a temperatura absoluta, e o 
parâmetro e é a emissividade que representa a razão 
entre a taxa de radiação de uma superfície particular 
e a taxa de radiação de uma superfície de um cor-
po ideal, com a mesma área e mesma temperatura. 
Considere a temperatura média da