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Energia Térmica e temperatura

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rotação 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 partes