Energia Térmica e temperatura

Prévia do material em texto

ENERGIA TÉRMICA E TEMPERATURA 
 
1. AS DISCUSSÕES DA COMUNIDADE CIENTÍFICA SOBRE O QUE É ENERGIA 
No desenvolvimento de suas pesquisas, os cientistas buscam observar o 
comportamento dos objetos na natureza. Nesse contexto se encontram também as propriedades 
dos objetos tais como massa, velocidade, aceleração, volume, densidade, temperatura etc. 
Quando há alguma variação nessas propriedades, procura-se alguma regularidade, ou seja, 
alguma relação que se repita (por exemplo, o valor do deslocamento de um móvel em movimento 
uniforme é diretamente proporcional ao valor da velocidade dele, para um determinado intervalo 
de tempo), ou algo que se conserve (por exemplo, Lavoisier verificou que a massa total dos 
produtos de uma reação tem o mesmo valor da massa total dos reagentes). 
Quando aquilo que se conserva envolve uma expressão matemática relacionando 
várias propriedades, procura-se dar um nome a essa expressão. Na construção do conhecimento 
científico, muitas vezes, há discordância entre os pesquisadores, tanto quanto ao uso de uma 
palavra para rotular um conceito, quanto na formulação matemática que define essa nova 
grandeza física. 
1.1 Ideias originais sobre energia: ela é algo que sempre se conserva! 
Os primeiros rascunhos do conceito de energia parecem ter surgido quando Descartes 
(1596-1650) formulou a hipótese de que todo movimento de um corpo provém do movimento de 
outro corpo, como, por exemplo, quando uma bola de bilhar colide com outra, transferindo 
movimento. Contudo, nesse processo, para ele a quantidade que reduzia em um deles, era 
acrescentada no mesmo valor ao outro. 
Mas como explicar o fato de que uma bolinha lançada em um plano horizontal vai 
perdendo seu movimento? Descartes explicava isso dizendo que parte do movimento era 
transferido para as partículas do ar e do próprio piso, de forma invisível aos olhos humanos. 
Gottfried Leibniz (1646-1716) formulou uma expressão matemática que, para ele, 
representava a “força” viva (do latim vis viva) presente nos objetos em movimento: mv², em que 
m representa a massa do corpo e v, o valor de sua velocidade. Para ele, a quantidade total de vis 
viva deveria ser constante em todo o Universo. Hoje chama-se essa “força” viva de energia 
cinética (mas acrescenta-se o fator ½ à expressão mv²: ½ mv²). 
Hermann Von Helmholtz (1821-1894) explicitou o princípio da conservação da energia, 
quando ela ainda era chamada de “força” viva: 
Chegamos à conclusão de que a Natureza, como um todo, possui uma reserva de força que 
não pode de qualquer modo aumentar ou diminuir e que, portanto, a quantidade de força na 
Natureza é precisamente tão eterna e inalterável como a quantidade de matéria. Expressa 
nesta forma, mencionei a lei geral: O Princípio de Conservação da Força. 
 
(In: PROJECTO FÍSICA. Unidade 3: O triunfo da Mecânica. Lisboa: Fundação Calouste 
Gulbenkian, 1980. P. 64). 
Helmholtz utilizava a palavra “força” para definir o que hoje se conhece como “energia”. 
Este termo fora introduzido pelo físico e médico britânico Thomas Young em 1807. 
 
2. SISTEMA FÍSICO 
Um sistema físico corresponde a uma determinada região do Universo que escolhemos 
para focarmos nossa atenção. Cabe a nós escolher o sistema de forma conveniente a simplificar 
nossas observações sobre ele. Podem ser considerados sistemas físicos, por exemplo: 
• um corpo; 
 
Figura 1 - um tijolo representa um corpo, que pode representar um sistema. 
 
• uma partícula; 
• um conjunto de corpos ou de partículas; 
 
Figura 2 - uma parede, representada por um conjunto de tijolos, pode ser considerada um sistema. 
 
• uma região do espaço de volume constante (por exemplo, o interior de uma 
garrafa térmica) ou de volume variável (por exemplo, o interior de uma bola de 
futebol, que pode ser deformada). 
 
Figura 3 - o interior de uma garrafa térmica, por exemplo, pode ser considerado um sistema físico. 
(disponível em http://www.cafestore.com.br) 
 
Figura 4 - O interior de uma bola de futebol pode ser considerado um sistema físico. Nesse caso, 
a fronteira do sistema é real, representada pela borracha de que é feita a bola. (disponível em: 
http://olhares.uol.com.br/cabecada-foto1276885.html) 
 
 
A fronteira do sistema é uma superfície imaginária ou não (isso porque pode ser uma 
superfície física como a casca do ovo, por exemplo) que divide o sistema do restante do Universo, 
conhecido como vizinhança, arredor ou meio externo. 
2.1 Propriedades de um sistema físico 
Uma vez que definimos as fronteiras que delimitam o que vamos observar como 
sistema físico, verificamos que existem algumas propriedades que o caracterizam, tais como 
número de partículas, massa, volume, densidade, temperatura etc. Dizemos que o conjunto 
dessas propriedades pode representar o estado do sistema em um determinado instante. 
Essas propriedades ainda podem ser classificadas como extensivas ou intensivas. 
Para diferenciarmos, vamos analisar um exemplo. Imagine que nosso sistema é a água contida 
em um jarro. Agora vamos subdividir esse sistema em dois copos. Note que a massa de um copo 
somada com a massa do outro copo corresponde à massa total do sistema. Nesse caso, podemos 
dizer que a massa é uma propriedade que depende da extensão do sistema, e, caso venhamos a 
subdividi-lo em extensões menores, a massa também se subdivide: massa é uma propriedade 
extensiva do sistema. Vamos então pensar na densidade da água presente no jarro. Pelo que 
sabemos, a densidade da água é algo em torno de 1 g/cm³, assim, a densidade da água no jarro 
corresponde a 1 g/cm³. Quando fizemos a subdivisão nos copos, não houve subdivisão da 
densidade: a água de cada copo apresenta 1 g/cm³, ou seja, se somarmos as densidades das 
águas no copo, não obtemos a densidade total. Portanto, classificamos a densidade como uma 
propriedade intensiva do sistema, não dependendo de sua extensão. 
 
 
 
 
 
 
Figura 5 - Observe-se que o sistema "água contida no jarro" foi subdividido em duas partes: "água 
contida no copo à esquerda" e "água contida no copo à direita". 
 
 
Energia é uma propriedade extensiva de um sistema físico, medida em relação a um 
determinado referencial. 
Pode-se dizer, por exemplo, que a energia do sistema formado pelos dois copos com 
água da Figura 5, corresponde à soma da energia de um copo com a energia do outro. 
2.2 Transformações no estado dos sistemas físicos 
As propriedades dos objetos contidos em um sistema podem sofrer alterações, caso 
esse sistema sofra transformações devido a interações internas (entre os componentes do 
sistema) ou a interações externas (entre o sistema e sua vizinhança). 
Contudo, buscou-se encontrar aquilo que não varia nesses processos de 
transformação, quando o sistema está isolado de sua vizinhança, ou seja, quando não interage 
com ela. Nesse contexto, construiu-se o conceito de energia, como uma propriedade extensiva de 
um sistema, representada por uma grandeza escalar, que se conserva caso ele esteja isolado de 
sua vizinhança. 
Quando ocorre interação entre o sistema e sua vizinhança, ainda assim continua válido 
o princípio da conservação de energia, porque se houve aumento da quantidade de energia no 
sistema, houve também uma redução de igual valor na quantidade de energia da vizinhança. 
Assim, dizemos que houve transferência de energia entre o sistema e sua vizinhança, 
respeitando o princípio da conservação. 
Portanto, 
para alterar o estado de um sistema, pode ser necessário variar a quantidade de 
energia desse sistema ou alterar a forma de manifestação dessa energia. 
Devido ao princípio de conservação da energia, para que tal transformação ocorra, é 
necessário que ou as partes internas do sistema interajam transformando energia, ou que o 
sistema interaja com sua vizinhança. De qualquer forma, tais interações são representadas pelas 
forças (estudadas nas leis de Newton). 
É por esse motivo que dizemos “precisar de energia” para nossas atividades. Na 
verdade, precisamos “transformar”ou “transferir” energia para isso. Em geral, essas atividades 
envolvem transformações de estado ocorrendo em vários sistemas, implicando transferências e 
transformações de energia, mas mantendo sempre o valor total constante o Universo. Contudo, 
não podemos dizer que a energia é a causadora das transformações! Ela é apenas uma 
propriedade que se transforma ou se transfere nessas transformações. 
2.3 Como se manifesta a energia de um sistema? 
O estudo matemático da conservação da energia proporcionou que se relacionasse a 
energia de um sistema, principalmente, a duas propriedades: 
1. à rapidez do movimento de seus componentes e 
2. à disposição espacial de seus componentes (em outras palavras, a forma do 
sistema), levando em consideração suas interações (forças) internas. 
Considerando-se o módulo da velocidade, escolheu-se chamar a energia relacionada 
ao movimento de energia cinética, ficando conveniente defini-la como 𝑚𝑚𝑣𝑣
2
2
, onde m representa o 
valor da massa em movimento e v o módulo da velocidade dessa massa. Nas aulas sobre o cálculo 
do trabalho, será mostrado por que foi conveniente adotar essa formulação matemática da energia 
cinética. 
Considerando-se a disposição espacial de seus componentes, ou seja, o formato do 
sistema, escolheu-se chamar a energia associada a essa configuração de energia potencial. Tal 
fato ocorreu porque, o valor da velocidade das massas em movimento nós conseguimos observar, 
mas não nos é tão evidente a energia associada às posições dos objetos do sistema. 
 
 
Contudo, podemos dar um exemplo simples para isso. Imagine um sistema formado 
por uma pedra no alto de um edifício e pelo planeta Terra. Considere também que nada nem 
ninguém poderá interagir com esses dois. Quando soltamos essa pedra, ela adquire velocidade 
e, portanto, energia cinética. Considerando o princípio da conservação da energia, fica a pergunta: 
de onde veio essa energia? Com certeza, essa energia está associada à interação gravitacional 
entre a pedra e o planeta Terra. Para manter válido o princípio da conservação, consideramos que 
havia uma quantidade de energia associada à posição da pedra em relação à Terra, devido à 
interação gravitacional, ficando conveniente chamar de energia potencial gravitacional do 
sistema pedra-Terra. 
 
Figura 6 - Durante sua queda, a pedra adquire energia cinética. Dizemos que esse acréscimo da 
energia cinética ocorreu graças ao decréscimo de energia potencial gravitacional do sistema 
pedra-Terra. 
Energia cinética é uma propriedade representada por uma grandeza escalar associada 
ao movimento dos componentes do sistema em relação a um referencial. 
 
Energia potencial é uma propriedade representada por uma grandeza escalar 
associada à disposição espacial dos componentes do sistema, considerando as interações entre 
eles. 
 
Figura 7 - Devido à interação gravitacional, o sistema Terra-Lua possui energia 
potencial gravitacional. 
 
 
Figura 8 - Devido à interação gravitacional, o sistema próton-elétron possui 
energia potencial elétrica. 
 
Figura 9 - Devido à interação elástica, o sistema de blocos possui energia 
potencial elástica. 
O princípio da conservação da energia deve ser respeitado tanto na transferência de 
energia de um sistema para outro (também conhecido como transporte de energia), quanto da 
transformação de uma forma para outra: 
A propriedade energia pode ser transportada de um lugar para outro (de um 
sistema para outro), ou transformada de uma forma em outra, mas o valor total dela no 
Universo é sempre constante. 
3. TRABALHO COMO MECANISMO DE TRANSFERÊNCIA E TRANSFORMAÇÃO DE 
ENERGIA 
Trabalho é realizado quando a força de interação entre dois sistemas (ou entre duas 
partes de um sistema) tem alguma componente na direção do movimento. O valor do trabalho 
corresponde ao valor da energia transferida ou transformada. 
3.1 Relação trabalho-energia 
Analisando cuidadosamente o contexto da realização de trabalho físico (isso ocorrerá 
durante as aulas acerca do estudo específico de trabalho e energia), verifica-se que algo se 
transfere do sistema que realizou trabalho para o sistema que o recebeu. Esse “algo” é o que se 
define como Energia. 
Se realizarmos trabalho sobre um bloco na direção horizontal, como na figura abaixo, 
faremos com que ele ganhe energia de movimento: energia cinética. 
 
Figura 10 - Note que a força F, ao realizar trabalho, faz com que o bloco ganhe 
velocidade: altera a Energia Cinética do bloco. 
Se realizarmos trabalho sobre um bloco na direção vertical, como na figura abaixo, 
faremos com que o sistema bloco-Terra ganhe energia de posição: energia potencial. 
 
 
Figura 11 - Note que a força F, ao realizar trabalho, apenas altera a posição do 
bloco em relação à Terra. Assim, o sistema bloco-terra ganha Energia Potencial. 
Acrescente-se finalmente que, para realizar esses trabalhos, nós gastaremos nossa 
energia, que será transferida para o bloco ou para o sistema bloco-Terra. 
Logo, realização de trabalho implica transferência ou transformação de energia. 
3.2 Energia potencial relacionada à desagregação 
Quando você exerce força (empurra) e desloca um sistema (que pode ser um conjunto 
de objetos), está transferindo energia para ele, através da realização de trabalho: 
 
Nessa figura, encontra-se um par de esferas que se atraem (ou por forças elétricas ou 
por forças gravitacionais, por exemplo). Quando você as empurra, deslocando-as, realiza trabalho. 
Esse trabalho corresponde à transferência de energia de você para as esferas. 
Logo, o par de esferas que se atraem tem mais energia potencial quando elas são 
desagregadas (afastadas). 
 
4. ENERGIA ASSOCIADA AOS COMPONENTES MICROSCÓPICOS DA MATÉRIA 
Em um corpo (que pode ser o sistema que estamos observando), mesmo que não se 
possa observar a olho nu, existe energia devido ao movimento e às interações dos átomos, dos 
elétrons, das moléculas etc. Tomando como referência o centro de massa do corpo, ao somarmos 
todas essas energias, teremos a energia interna do corpo. 
Para o estudo da Termologia, vamos separar duas formas de energia do contexto 
microscópico que têm relação com propriedades macroscópicas: 
4.1 Energia cinética de translação das moléculas 
A energia cinética de translação (agitação) das moléculas é diretamente proporcional 
ao valor da temperatura absoluta (medida em kelvin) do corpo. Por conta disso, costuma-se 
classificar essa modalidade como energia térmica, ou seja, energia relacionada à temperatura. 
 
Note-se que as moléculas podem apresentar energia cinética de rotação, contudo, esta 
não tem relação com a temperatura. 
Dois corpos com a mesma temperatura têm a mesma energia cinética de translação 
por molécula, em média. Contudo, não têm, necessariamente, a mesma energia térmica total, 
porque esta depende do número de moléculas. 
4.2 Energia potencial das moléculas 
A energia potencial relacionada à atração entre as moléculas que constituem um corpo 
está relacionada à desagregação. Conforme foi visto anteriormente, quanto mais desagregados 
os objetos que se atraem, maior a energia potencial. 
Assim, um corpo, quando no estado gasoso, possui maior energia potencial que no 
estado líquido. Da mesma forma, um corpo, quando no estado líquido possui maior energia 
potencial que no estado sólido. 
Sólido Líquido Gasoso
aumento da energia potencial
maior desagregação
 
É por isso que precisamos fornecer energia para o sólido, caso queiramos fazê-lo 
líquido, por exemplo. 
4.3 Energia Térmica de um corpo 
Chamamos energia térmica aquela que tem relação com a temperatura do corpo. 
Vimos que a única energia diretamente relacionada à temperatura é a energia cinética de 
translação das moléculas. 
É de constatação teórica e experimental que a temperatura de um corpo só aumenta 
quando conseguimos aumentar a energia cinética de translação das moléculas desse corpo. 
Isso significa que, não adianta aumentar as outras formas de energia (cinética derotação ou 
potencial) se o objetivo é aumentar a temperatura do corpo. Tal fato acontece, por exemplo, 
quando fornecemos energia através do mecanismo calor a um bloco de gelo a 273K (0℃) ao nível 
do mar (1 atm de pressão) e ele permanece com a mesma temperatura mudando apenas de 
estado físico: estamos aumentando apenas a energia potencial, mas não a energia cinética de 
translação das moléculas. 
 
Figura 12 - Conforme se vê na imagem, quando o bloco de gelo a 273K (0°C) 
derrete, transforma-se em água também a 273K (0°C). Nesse caso, as moléculas mantêm a 
energia cinética de translação e aumentam a energia potencial, mudando o estado de 
agregação. 
 
 
 
Portanto, a energia térmica de um corpo corresponde à soma das energias 
cinéticas de translação de suas moléculas. Ou seja, a energia térmica presente em um copo 
com água corresponde à soma das energias cinéticas de translação das moléculas de água. 
4.4 As relações matemáticas envolvendo energia e temperatura 
Observa-se uma relação direta entre a energia térmica e a temperatura de um corpo. 
Se a temperatura for medida na escala Kelvin, é possível demonstrar que a energia 
cinética de translação de uma molécula do corpo (em média) é proporcional a essa temperatura: 
𝐸𝐸𝐸𝐸𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀é𝑐𝑐𝑐𝑐𝑀𝑀𝑐𝑐 =
3
2
𝐾𝐾𝐵𝐵𝑇𝑇 
Onde KB = 1,3806503 × 10-23 J/K representa uma constante universal (a constante de 
Boltzmann), e T representa a temperatura absoluta medida em kelvin. 
Assim, a energia térmica de um corpo seria: 
𝐸𝐸𝑇𝑇 = 𝑁𝑁 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀é𝑐𝑐𝑐𝑐𝑀𝑀𝑐𝑐 = 𝑁𝑁 �
3
2
𝐾𝐾𝐵𝐵𝑇𝑇� 
Onde N representa o número de moléculas que constitui o corpo. 
Com isso, observamos que a energia térmica (ET) de um corpo depende tanto da 
temperatura, quanto do número de moléculas presentes nele. 
 
 
 
 
 
5. INTEGRANDO OS CONCEITOS 
 
 
 
 
 
 
 
6. EQUILÍBRIO TÉRMICO 
As sensações de quente e frio podem variar de pessoa para pessoa, ou seja, 
é algo subjetivo. Enquanto alguém tem a sensação de que o ambiente está frio, outrem 
pode ter sensação oposta. A antiga ideia de temperatura veio das sensações de quente 
e de frio! 
 
Pensando nisso, foram criados os termômetros, instrumentos construídos 
com o intuito de medirem quantitativamente a temperatura. 
Esses instrumentos medem a temperatura baseados em um princípio físico 
básico: a lei zero da termodinâmica, ou o princípio do equilíbrio térmico, que estudaremos 
a seguir. 
6.1 Lei zero da termodinâmica e a Temperatura 
É de constatação experimental que dois corpos de diferentes temperaturas, 
quando colocados em contato, tendem a atingir uma mesma temperatura intermediária. 
Esse é o princípio do equilíbrio térmico. 
A lei zero da termodinâmica infere que se dois corpos estão em equilíbrio 
com um terceiro, eles estão em equilíbrio térmico entre si. 
Um exemplo disso seria você colocar um termômetro em contato com um 
primeiro corpo e medir a temperatura dele. Depois, colocar o mesmo termômetro em 
contato com um segundo corpo e verificar que ele tem a mesma temperatura que o 
primeiro. Assim, será possível concluir que, se ambos estão em equilíbrio térmico com o 
termômetro à mesma temperatura, então estão em equilíbrio térmico entre si. Logo, 
postos em contato, não irão variar suas temperaturas, pois já estarão em equilíbrio. 
Em outras palavras, somos capazes de afirmar sobre o equilíbrio térmico de 
dois corpos, mesmo sem colocá-los em contato. Basta medirmos suas temperaturas com 
um termômetro. 
É interessante notar que foi a partir dessa observação que se pôde definir a 
grandeza temperatura de forma macroscópica. Temperatura é, portanto, a 
propriedade que os corpos em equilíbrio térmico têm em comum. 
6.2 Termômetro 
Surge então uma pergunta: como medir algo que não se pode ver? Bem, a 
resposta é simples: fazendo isso indiretamente. 
 
Nesse caso, medimos as propriedades dos corpos que variam visivelmente 
com a temperatura. Um exemplo bem comum é o volume do mercúrio, que varia de forma 
tal, que conseguimos visualizar sua variação com a temperatura. 
Chamamos, assim, o mercúrio de substância termométrica e o volume dele, 
de grandeza termométrica. 
 
 
Há vários outros tipos de termômetro, como, por exemplo, o eletrônico, cuja 
grandeza termométrica é a resistividade elétrica de um condutor de eletricidade. 
Entretanto, vamos focar nossa atenção nos termômetros de haste e bulbo. 
Note-se aqui que o termômetro só é capaz de medir a temperatura dele 
mesmo. Portanto, para que ele possa medir, por exemplo, a temperatura corporal de 
uma pessoa, é necessário colocá-lo em contato térmico com o corpo dela e esperar que 
atinjam o equilíbrio térmico. 
6.3 Escalas de Temperatura 
Como o conceito inicial de temperatura estava ligado apenas à ideia de 
equilíbrio térmico, não se imaginava que poderia existir uma temperatura mínima 
possível no universo. Portanto, as escalas para medir temperatura baseavam-se nos 
pontos de fusão e de ebulição da água. 
Celsius adotou em sua escala, os valores de 0°C para o ponto de gelo e de 
100°C para o ponto de vapor (considerando experimentos realizados à pressão 
atmosférica normal, ou seja, ao nível do mar). Assim, o valor do intervalo entre esses 
dois valores é de 100°C, daí essa escala também ser conhecida como centígrada. 
Fahrenheit, por outro lado, adotou em sua escala os valores de 32°F para o 
ponto de gelo e de 212°F para o ponto de valor. Dessa forma, o valor do intervalo entre 
essas duas medidas é de 180°F. 
Atenção! 
• A temperatura de 0°C corresponde à temperatura de 32°F; 
• A temperatura de 100°C corresponde à temperatura de 212°F. 
 
• Contudo, um aumento de temperatura de 100°C corresponde a um aumento de 
temperatura de 180°F. 
Essas duas escalas têm como referencial temperaturas específicas das 
transformações da água, portanto são escalas relativas. Nada impede que observemos 
temperaturas negativas nessas escalas. 
6.4 Kelvin, a unidade de temperatura no Sistema Internacional 
Muitos anos depois, quando já se havia estudado a estrutura molecular da 
matéria, Lorde Kelvin propôs uma escala de temperatura cujo valor 0 correspondesse à 
menor temperatura possível, ou seja, aquela em que não haveria energia cinética de 
translação nas moléculas (hoje, com os estudos da física quântica se sabe que essa 
situação é apenas hipotética, mas essa é uma discussão para um outro momento). 
Kelvin ajustou sua escala para que a temperatura mínima fosse 0K, o ponto 
de gelo fosse 273K e o ponto de vapor, 373K (mantendo as mesmas 100 graduações 
entre os pontos de gelo e de vapor, conforme a escala Celsius). Essa escala tomou 
tamanha importância, que foi “promovida” a unidade de temperatura do sistema 
internacional e perdeu o “°” (grau). Além disso, é interessante notar que, utilizando-se 
essa escala, jamais iremos medir valores negativos (ao contrário do que acontece com 
Celsius e Fahrenheit). 
Finalmente, note-se que o zero da escala Kelvin não tem uma ou outra 
substância em específico como referencial. O zero kelvin corresponde ao nível de 
energia mínimo para todas as substâncias. Assim, dizemos que o zero kelvin é o zero 
absoluto, estendendo esse adjetivo à escala: a escala kelvin é absoluta. 
6.5 Calibrando termômetros 
Para calibrar um termômetro, é necessária a utilização dos pontos fixos 
fundamentais, que representam sistemas cujas temperaturas não variem no decorrer do 
tempo e que possam ser reproduzidos sempre que necessário. 
Ponto do gelo: temperatura em que o gelo e a água permanecem em 
equilíbrio térmico à pressão normal. 
Ponto do vapor: temperatura na qual a água entra em ebulição, sob pressão 
normal. 
Os termômetros devem ser colocados em equilíbrio térmico com esses 
dois sistemas a fim de que sejam marcadas as medidas das grandezas 
termométricas. No caso do termômetro de mercúrio, o comprimento da coluna do 
líquido. 
 
 
Depois disso, o intervalo entre as duas marcações é dividido em partes iguais. 
A cada uma dessas partesé dado o nome “grau” da escala. 
 
Antes do desenvolvimento da teoria microscópica da temperatura, as medidas 
de temperatura eram feitas arbitrariamente, ou seja, os valores escolhidos para os pontos 
de referência dependiam apenas do “gosto do criador da escala”. As três escalas 
termométricas mais conhecidas são: 
Celsius (antigamente chamada de Centígrado) é a escala de temperatura na 
qual 0 oC é o ponto de congelamento da água e 100 oC é o ponto de ebulição da água. 
Nesta escala termométrica o intervalo entre o ponto de ebulição e o ponto de 
congelamento da água é dividido em 100 intervalos, denominados graus. 
Fahrenheit é uma escala termométrica na qual 32 oF é o ponto de 
congelamento da água e 212 oF é o ponto de ebulição da água. Nesta escala 
termométrica o intervalo entre o ponto de ebulição e o ponto de congelamento da água 
é dividido em 180 intervalos, denominados graus. 
Kelvin é a escala definida como aquela na qual a temperatura do ponto triplo 
da água tem o valor de 273,16 K. Essa temperatura corresponde à situação em que a 
água pode apresentar os três estados – sólido, líquido e gasoso – simultaneamente. Isso 
acontece a 4,58 mmHg de pressão e a 0,01°C de temperatura. Essa definição foi feita 
para que o ponto de gelo ficasse a 273K e o ponto de vapor, a 373K, mantendo as 100 
graduações entre esses dois pontos. 
Essa escala surgiu da observação teórica de que existe uma temperatura 
mínima, correspondente à cessação do movimento de agitação térmica dos átomos e 
das moléculas de um sistema. A essa temperatura dá-se o nome de zero absoluto (0 K 
correspondente a -273,15°C e a -459,67°F). 
 
O zero absoluto corresponde ao limite inferior da temperatura de um sistema. 
É a temperatura do menor estado de agitação das partículas, ou seja, um estado de 
agitação praticamente nulo. 
Para efeitos didáticos, vamos aproximar o zero absoluto, na escala Celsius, 
para -273°C e, na escala Fahrenheit, para -459,4°F. 
As escalas Celsius e Fahrenheit são arbitrárias e possuem valores negativos. 
Contudo, para nosso curso, não há sentido físico em uma temperatura negativa. 
Portanto, utilizaremos, no estudo da Termodinâmica, a escala Kelvin. 
 
Os intervalos de temperaturas correspondentes nos termômetros são 
proporcionais: 
273373
273K
32212
32F
0100
0C
−
−
=
−
−
=
−
− 
Equação geral de conversão: 
5
273K
9
32F
5
C −
=
−
= 
Para variações de temperatura: 
5
K
9
F
5
C ∆
=
∆
=
∆ 
Note-se que, numericamente, a variação de temperatura em Celsius 
corresponde à mesma variação em Kelvin. Tal observação será importante no estudo da 
dilatação térmica. 
ºC
0
100
C F K
212
32 273
373
ºF K
	1. as discussões da comunidade científica sobre o que é energia
	1.1 Ideias originais sobre energia: ela é algo que sempre se conserva!
	2. Sistema Físico
	2.1 Propriedades de um sistema físico
	2.2 Transformações no estado dos sistemas físicos
	2.3 Como se manifesta a energia de um sistema?
	3. trabalho como Mecanismo de transferência e transformação de energia
	3.1 Relação trabalho-energia
	3.2 Energia potencial relacionada à desagregação
	4. Energia associada aos componentes microscópicos da matéria
	4.1 Energia cinética de translação das moléculas
	4.2 Energia potencial das moléculas
	4.3 Energia Térmica de um corpo
	4.4 As relações matemáticas envolvendo energia e temperatura
	5. Integrando os conceitos
	6. Equilíbrio Térmico
	6.1 Lei zero da termodinâmica e a Temperatura
	6.2 Termômetro
	6.3 Escalas de Temperatura
	6.4 Kelvin, a unidade de temperatura no Sistema Internacional
	6.5 Calibrando termômetros