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O que é temperatura?

Quando tocamos um corpo qualquer, podemos dizer se ele está "frio", "quente" ou

"morno".

O tato nos permite ter essa percepção.

Mas em que um corpo "frio" difere de um corpo "quente" ou "morno"?

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As moléculas dos corpos estão em constante movimento, em constante vibração. A

energia de movimento que elas possuem é chamada energia térmica.

Se pudéssemos enxergar as moléculas de um corpo, iríamos verificar que naquele

que está "frio" elas vibram menos do que naquele que está "quente".

Podemos afirmar que: Temperatura é a grandeza física que mede o estado de

agitação térmica dos corpos.

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Termômetros

As substâncias em geral dilatam-se (aumentam de

volume) quando sofrem aumento de temperatura.

Assim, uma barra de ferro, por exemplo, aumenta

de comprimento quando colocada no fogo.

Do mesmo modo, o volume de gás contido num

balão elástico aumenta quando cresce a

temperatura.

A coluna de mercúrio contida num tubo sofre o

mesmo efeito e aumenta de altura.

A propriedade que os corpos apresentam de

mudar de volume, quando se modifica a

temperatura, pode ser usada para medir

temperaturas.

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Os termômetros de mercúrio, muito comuns em laboratórios, clínicas médicas e

mesmo em casa, funcionam baseados na dilatação do mercúrio.

Digamos, por exemplo, que precisamos medir a temperatura da água de um copo.

Colocamos o termômetro dentro dele e aguardamos alguns minutos para que a

água e o termômetro entrem em equilíbrio térmico.

A variação de temperatura, para mais ou para menos, sofrida pelo mercúrio vai

fazer com que seu volume varie, para mais ou para menos. Com isso, ele sobe ou

desce na escala de temperaturas, indicando o valor correto da temperatura.

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Escala Celsius

No século XVII, o físico e astrônomo sueco Anders Celsius sugeriu que a

temperatura de fusão do gelo, ao nível do mar, recebesse o valor arbitrário

de 0 grau (hoje 0o C), e que a temperatura de ebulição da água, também ao

nível do mar, fosse fixada em 100 graus (100o C, valor igualmente

arbitrário).

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Escolhidos os pontos de fusão e ebulição da água, pode-

se agora construir um termômetro calibrado na escala

Celsius.

Para isso é necessário um tubo fino (tubo capilar) de

vidro, com um reservatório para o mercúrio.

Coloca-se o conjunto num recipiente com gelo em fusão

(que, portanto, está à temperatura de 0o C), e, após

alguns minutos, quando o mercúrio parar de descer, por

entrar em equilíbrio térmico com a mistura água-gelo,

faz-se uma marca para 0o C.

Em seguida, coloca-se o tubo em água fervente (que na

escala Celsius está a 100 graus) e faz-se uma marca

para 100o C.

A seguir divide-se o espaço entre as duas marcas em

100 partes e fecha-se o tubo.

O termômetro está pronto para ser usado.

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Escala Fahrenheit

Na escala Fahrenheit, ainda em uso nos

países de língua inglesa, ao 0 e ao 100

da escala Celsius correspondem

respectivamente os números 32 e 212.

Assim, entre a temperatura de fusão do

gelo e da ebulição da água, estão

compreendidos 180º F.

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Escala Kelvin

Sabe-se que não há, teoricamente, um

limite superior para a temperatura que um

corpo pode alcançar.

Observa-se, entretanto, que existe um

limite inferior. Os cientistas verificaram que

é impossível reduzir a temperatura de

qualquer substância a um valor inferior a

-273º C (o zero absoluto).

O físico inglês lorde Kelvin propôs uma

escala termométrica, que leva o seu nome.

Tal escala tem origem no zero absoluto,

usando como unidade de variação o grau

Celsius.

Na escala Kelvin, a temperatura de fusão

do gelo corresponde a 273 K e a de

ebulição da água, a 373 K.

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32212

32t

0100

0t FC

Relação entre as escalas Celsius e Fahrenheit

Relação entre as escalas Celsius e Kelvin

273373

273T

0100

0tC

tc /5 = (tf – 32) /9

tC = temperatura Celcius

tF = temperatura Fahrenheit

tC = tK – 273

tC = temperatura Celcius

tK = temperatura Kelvin

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Exercícios

1- No Rio de Janeiro, a temperatura ambiente chegou a atingir, no verão de 1998, o

valor de 49º C. Qual seria o valor dessa temperatura, se lida num termômetro na

escala Fahrenheit?

2- A temperatura média do corpo humano é 36º C. Determine o valor dessa

temperatura na escala Fahrenheit.

3- Lê-se no jornal que a temperatura em certa cidade da Russia atingiu, no inverno,

o valor de 14º F. Qual o valor dessa temperatura na escala Celsius?

4- Um termômetro graduado na escala Fahrenheit, acusou, para a temperatura

ambiente em um bairro de Belo Horizonte, 77º F. Expresse essa temperatura na

escala Celsius.

5-Dois termômetros graduados, um na escala Fahrenheit e outro na escala Celsius,

registram o mesmo valor numérico para a temperatura quando mergulhados num

líquido. Determine a temperatura desse líquido.

6- Um estudante criou uma escala termométrica X, em que os pontos de fusão e

ebulição da água são respectivamente -50º X e 250º X. Determine a fórmula de

conversão de temperaturas da escala X para as escalas Celsius, Fahrenheit e

Kelvin, e a temperatura de 100º X nessas escalas.

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TRANSMISSÃO DE CALOR

1- Condução

Experimente pegar uma vareta metálica de uns 30 cm e aquecer uma de suas

extremidades na chama de uma vela.

Após algum tempo, a extremidade que você segura também estará quente. Isso

acontece porque o calor se propaga através da vareta e atinge sua mão.

Esse processo de propagação do calor através das moléculas do meio é chamado

de condução

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Os materiais em geral apresentam diferentes condutibilidades, ou seja, alguns

conduzem mais calor que outros.

Os metais costumam ser bons condutores de calor, enquanto o isopor, a lã de vidro,

a borracha, o amianto e a madeira são maus condutores; podemos até dizer que

são isolantes térmicos (não conduzem calor).

As paredes das geladeiras são forradas com lã de vidro para evitar que entre calor

dentro delas.

As paredes dos fornos também são forradas com lã de vidro, só que para evitar

que o calor saia.

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Os agasalhos que usamos no inverno também são feitos de isolantes térmicos,

como a lã. Assim, o calor produzido pelo nosso corpo não escapa para a atmosfera,

e nos sentimos aquecidos.

No deserto, ao contrário do que se imagina, devem ser usadas grossas roupas de

lã. Isso impede que o forte calor fique em contato com a pele.

Os esquimós constroem seus iglus com blocos de gelo, empilhando-os uns sobre os

outros, pois o gelo é também um isolante térmico.

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Exercícios

1- O isopor é formado por finíssimas bolsas de material plástico, contendo ar. Por

que o isopor é um bom isolante térmico?

2- Os esquimós constróem seus iglus com blocos de gelo, empilhando-os uns sobre

os outros. Se o gelo tem uma temperatura relativamente baixa, como explicar esse

seu uso como "material de construção"?

3- Num antigo jingle de uma propaganda, ouvia-se o seguinte diálogo: - Toc, toc, toc,

- Quem bate? - É o frio! E no final eram cantados os seguintes versos: "Não adianta

bater, eu não deixo você entrar, os cobertores das Casas Pernambucanas é que vão

aquecer o meu lar". Que comentário você tem a fazer sobre a veracidade física

dessa propaganda?

4- Qual a aplicação prática dos materiais isolantes térmicos?

5- Por que a serragem é melhor isolante térmico que a madeira?

6- Um faquir resolveu fazer uma demonstração de sua arte entrando em um forno

muito aquecido. Para que ele sinta a menor sensação de "calor" possível, é

preferível que ele vá nu ou envolto em roupa de lã? Por quê?

7- Explique por que, em países de clima frio, costumam-se usar janelas com

vidraças duplas. Esse tipo de janela chega a reduzir em até 50% as perdas de calor

para o exterior.

8- Num mesmo ambiente, se você tocar um objeto metálico com uma mão e um

objeto de madeira com a outra, vai sentir que o primeiro está "mais frio" que o

segundo. Como você explica esse fenômeno se os dois objetos estão no mesmo

ambiente e, portanto, na mesma temperatura?

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2- Convecção

Podemos observar o fenômeno da convecção no funcionamento de uma geladeira.

Existe um motivo para que o congelador esteja sempre na parte superior da

geladeira. O congelador esfria o ar, que se torna mais denso e tende a descer.

Enquanto desce, ele retira calor dos alimentos que encontra. Nesse tempo, o ar

quente das partes inferiores da geladeira tende a subir. Em contato com o

congelador, ele esfria e o processo continua.

Podemos então dizer que a convecção é o processo de transmissão de calor

através do deslocamento de massas de fluidos (líquidos ou gases).

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Nos radiadores de automóveis também temos um exemplo de convecção. A água

quente do motor, por ser menos densa, tende a subir para o radiador, onde esfriará.

Voltando ao motor, já mais fria, ela resfriará o motor, se aquecerá e o processo terá

seguimento.

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A convecção térmica é a propagação que ocorre nos fluidos (líquidos, gases e

vapores) em virtude de uma diferença de densidades entre partes do sistema.

Na Terra as massas frias de ar se deslocam dos pólos para o Equador por

convecção

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21

Exercícios

1- Por que, em uma geladeira, o congelador é colocado na parte superior e não na

inferior?

2- Com base na propagação de calor, explique por que, para gelar o chope de um

barril, é mais eficiente colocar gelo na parte superior do que colocar o barril sobre

uma pedra de gelo.

3- Um aparelho de refrigeração de ar deve ser instalado em local alto ou baixo num

escritório? E um aquecedor de ar? Por quê?

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3- Irradiação

O calor do Sol percorre milhões de quilômetros até chegar à Terra. Essa propagação

não se dá por condução nem por convecção. Nesse trajeto, o calor se propaga no

vazio por irradiação, isto é, através de ondas.

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Podemos perceber a irradiação em outras situações. Você sente o calor que vem de

um forno aceso, mesmo não encostando nele.

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A rigor, todos os objetos irradiam calor o tempo todo. Seu corpo mesmo está

irradiando neste exato momento.

Quando a temperatura de um corpo é constante, é porque existe um equilíbrio entre

o calor recebido e o calor irradiado ou cedido por condução ou convecção.

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A irradiação é a transmissão de por intermédio de ondas eletromagnéticas. Nesse

processo, somente a energia se propaga, não sendo necessário nenhum meio

material.

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A estufa de plantas é um interessante exemplo de irradiação de calor. O vidro

permite que o calor do Sol entre e atinja as plantas. Esse calor é absorvido pelas

plantas e pelos demais objetos da estufa e irradiado em forma de outras ondas, que

não conseguem atravessar o vidro. O calor permanece então dentro da estufa,

favorecendo o crescimento das plantas.

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Exercícios

1- Sabemos que o calor pode ser transferido, de um ponto para outro, por condução,

convecção e radiação. Em qual desses processos a transmissão pode ocorrer

mesmo que não haja um meio material entre os dois pontos?

2- Os grandes tanques, usados para armazenar gasolina (ou outros combustíveis),

costumam ser pintados externamente com tinta prateada. Por quê?

3- Os prédios totalmente envidraçados precisam de muitos aparelhos de ar

condicionado? Por quê?

4- Como se dá a propagação do calor do Sol até a Terra se entre esses astros não

existe meio material?