RECUPERAÇÃO 1º BIMESTRE 2° ENSINO MEDIO

Fenomenologia: calor, temperatura e fontes.

Temperatura e calor são conceitos fundamentais da Termologia, que é a área da Física que estuda os fenômenos associados ao calor, como a temperatura, dilatação, propagação de calor, comportamento dos gases, entre outros. Muitas vezes, esses dois conceitos são utilizados como se fossem sinônimos, porém, apesar de estarem associados, são conteúdos distintos.

Temperatura

A temperatura é uma grandeza física utilizada para medir o grau de agitação ou a energia cinética das moléculas de uma determinada quantidade de matéria. Quanto mais agitadas essas moléculas estiverem, maior será sua temperatura.

O aparelho utilizado para fazer medidas de temperatura é o termômetro, que pode ser encontrado em três escalas: Celsius, Kelvin e Fahrenheit.

A menor temperatura a que os corpos podem chegar é chamada Zero absoluto, que corresponde a um ponto onde a agitação molecular é zero, ou seja, as moléculas ficam completamente em repouso. Essa temperatura foi definida no século XIX pelo cientista inglês Willian Thompson, mais conhecido como Lord Kelvin. O zero absoluto tem os seguintes valores: 0K – escala Kelvin e -273,15 ºC – na escala Celsius.

Calor

O calor, que também pode ser chamado de energia térmica, corresponde à energia em trânsito que se transfere de um corpo para outro em razão da diferença de temperatura. Essa transferência ocorre sempre do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura até que atinjam o equilíbrio térmico.

É muito comum ouvirmos algumas expressões cotidianas associando calor a altas temperaturas. Por exemplo, em um dia quente, usa-se a expressão “Hoje está calor!”. Porém, corpos com baixas temperaturas também possuem calor, só que em menor quantidade. Isso quer dizer apenas que a agitação das moléculas é menor em corpos “frios”.

A unidade de medida mais utilizada para o calor é a caloria (cal), mas a sua unidade no Sistema Internacional é o Joule (J). A caloria é definida como a quantidade de energia necessária para elevar a temperatura de 1g de água em 1ºC.

A relação entre a caloria e o Joule é dada por:

1 cal = 4,186 J

Estimativas e medidas de temperatura e a escolha de equipamentos e procedimentos adequados para isto.

As grandezas físicas são determinadas experimentalmente por medidas ou combinações de medidas, e a estas medidas estão associadas suas incertezas intrínsecas, decorrentes das características dos aparelhos utilizados no processo de medição.

Muitos têm a falsa intuição de que se o Homem se dispusesse a medir uma grandeza

qualquer, ele conseguiria melhorar tal medição indefinidamente, até um valor que fosse absolutamente correto. Em poucos casos da vida cotidiana são manipuladas grandezas cujos valores verdadeiros são conhecidos a priori. Exemplo: Determinar a soma dos ângulos internos de um triângulo. Na maioria das ocasiões utiliza-se grandezas cujos valores verdadeiros devem ser medidos através de procedimentos experimentais. Exemplo: adeterminação da aceleração da gravidade g r local. Nestes casos fica evidente a dificuldade de encontrar o valor verdadeiro da grandeza estudada.

As medidas das grandezas físicas podem ser classificadas em diretas ou indiretas. Entende-se por medidas diretas as não dependentes de outra grandeza para a sua determinação, ou seja, é possível medi-las diretamente através de algum instrumento. Podem ser citados: o tempo (medido com um cronômetro), a temperatura (medida com um termômetro), a massa (medida com uma balança), etc.

Já as medidas indiretas, geralmente, são obtidas através de uma relação matemática existente entre outras grandezas possíveis de serem medidas diretamente. Por exemplo, podem ser classificadas como medidas indiretas as de velocidade, v, de força, F e de quantidade de calor, Q. Note que a velocidade é obtida através da relação existente entre as medidas de espaço percorrido e tempo (v=Dx/Dt), já a força está relacionada com a massa e aceleração (F=ma) e a quantidade de calor é dependente da massa, do calor específico do material e da variação de temperatura (Q=mcDT).

No entanto, em alguns casos é possível escolher entre medir uma mesma grandeza física direta ou indiretamente.

A toda medida realizada está associado um erro, ou seja, uma flutuação no entorno

do valor medido. Esta flutuação pode ser devida a vários fatores (instrumento, observador, procedimento experimental, condições ambientes, etc)

PROCEDIMENTOS ADEQUADOS PARA MEDIDA DO CALOR

No estudo de termodinâmica, um conceito útil para quantificar uma certa quantidade de calor transferida a um sistema é o conceito de calor específico. Uma definição simples pode ser dada assim: o calor específico é a quantidade de calor que deve ser transferida a 1g de uma substância para que a sua temperatura seja elevada em 10C. Conforme se sabe, essa quantidade de calor varia de substância para substância e, então, o calor específico é um parâmetro que caracteriza uma dada substância. Existem diversas técnicas para a medição do calor específico de uma substância e, aqui, serão mencionadas duas delas, normalmente utilizadas para líquidos e sólidos.

A primeira técnica utiliza um calorímetro (neste artigo entendido como um recipiente de paredes quase adiabáticas) contendo água, numa temperatura conhecida, e neste sistema é introduzido, numa dada temperatura, um corpo feito da substância cujo calor específico se deseja medir. Após a medição da temperatura de equilíbrio do sistema, um balanço nas transferências de calor possibilita determinar o calor especifico da substância do corpo imerso. Este experimento é descrito em praticamente todos os livros que tratam de termodinâmica básica. O problema experimental é proposto, por exemplo, na Ref. [1] e o valor do calor específico da substância investigada é obtido utilizando-se a equação que dá o balanço de calor: ''o calor absorvido é igual ao calor cedido''. Alguns destes livros observam, entretanto, que parte do calor disponível é transferido para o meio ambiente, o que acarreta erros experimentais. Mesmo com erros, uma vez conhecida uma estimativa razoável do calor específico, o experimento poderia ser refeito impondo-se a condição de que o sistema água/calorímetro