Termologia

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O que é temperatura, calor e energia interna

Faça a seguinte experiência para compreender melhor esta definição: 

• Encha um saquinho plástico com a máxima quantidade de ar que conseguir e feche-o bem.
• Coloque-o na geladeira por um ou dois minutos.
• Retire o saquinho da geladeira e verifique o que aconteceu.
• Depois coloque o saquinho no Sol forte por algum tempo e verifique o que acontece.  Se você souber mexer no fogão pode tentar esquentar o ar dentro do saquinho colocando-o sobre o fogo, a uma altura segura para que o saquinho não derreta e queime sua mão.  Lembre-se, se usar o fogo tome MUITO cuidado, e tenha sempre uma pessoa maior ao seu lado  !!!

Resultado da experiência:  

• As moléculas dos gases que formam o ar estão se movimentando dentro do saquinho.  A energia interna contida no ar nada mais é do que aproximadamente a soma das energias de movimento de todas as suas moléculas.  Podemos dizer que quanto mais rápida uma molécula está, maior será sua energia.
• Quando você coloca o saquinho dentro da geladeira, o ar do saquinho (com suas moléculas agitadas) entra em contato com o ar de dentro da geladeira (com suas moléculas menos agitadas, e por isso com menor temperatura).
• Neta hora parte da energia das moléculas no interior do saquinho começa a ser compartilhada com as moléculas do lado de fora.  Ou seja, as moléculas mais energéticas (mais rápidas) perdem energia para as menos energéticas (mais lentas).  Isso acontece até que todas as moléculas tenham em média a mesma quantidade de movimento (e conseqüentemente a mesma temperatura).
• Nesta hora dizemos que os corpos atingiram o equilíbrio térmico, e necessariamente devem estar com a mesma temperatura.
• Para esta energia que passou de um sistema para outro, neste caso do ar dentro para o ar fora do saquinho, damos o nome de calor.

"Calor é a energia passando de um corpo para outro, ou de um sistema para outro"

Portanto é errado dizer que estamos com calor.  A energia que temos em nossos corpos é a interna.  Damos o nome de calor somente para a energia quando ela está passando de um "lugar" para outro.  Se você por exemplo encostar sua mão no trinco da porta, e este estiver com uma temperatura menor que a temperatura da sua mão, parte da sua energia interna passará para o trinco.  Ai sim podemos dizer que o trinco está recebendo uma certa quantidade de calor.

As moléculas de ar, ou melhor, dos gases que formam o ar, possuem um certo nível de vibração e movimento dentro do saquinho. A parte da energia destas moléculas que nos interessa aqui  (energia interna)  existe graças a estes movimentos. Quando você colocar o saquinho na geladeira, parte da energia contida no ar dentro do saquinho irá passar para o ar fora do saquinho.  A esta energia passando de um corpo para o outro damos o nome de calor.

o ar dentro do mesmo irá perder calor para o ar de dentro da geladeira.  Isso acontece pois o ar da geladeira está a uma temperatura menor que o ar dentro do saquinho, e como você já sabe, o sentido de propagação do calor é sempre do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura.

Com isso a temperatura dentro do saquinho diminui, o que significa dizer que o nível de agitação das moléculas de ar do saquinho diminuiu.  Por isso o saquinho murchou.

Se depois disso você colocá-lo no Sol as moléculas de ar irão se agitar, pelo fato de estarem recebendo energia térmica, e a temperatura dentro do saquinho irá aumentar.  Como em uma panela de pressão, ao esquentar o ar do lado de dentro estamos aumentando sua pressão, o que faz o saquinho estufar.

Relacione então a temperatura e a agitação das moléculas de ar de dentro do saquinho com o fato dele ficar estufado ou murcho.

O que são escalas termométricas

O aparelho usado para se obter valores numéricos para a temperatura chama-se termômetro, e o seu princípio de funcionamento está ligado à dilatação térmica dos corpos (lembra do ar dentro do saquinho que murchava e estufava ?  Este é um exemplo de dilatação térmica). Dentro dos termômetros geralmente existe mercúrio (um metal líquido), que ao sofrer mudança de temperatura dilata ou se contrai, subindo ou descendo no tubo.  O quanto ele sobe ou o quanto ele desce nos dá valores de temperaturas, que dependem da escala usada.

Nos EUA, por exemplo, a escala de temperatura utilizada é o Fahrenheit (ºF).  Verifique isso dando uma olhada no site que dá a previsão do tempo na cidade de Nova Iorque.  

Se você der uma olhada no site que informa a previsão do tempo na cidade de São Paulo, irá notar que os valores da temperatura são dados em Celsius (ºC).  Vale a pena conferir.

Como curiosidade, se você quiser ver a previsão do tempo em qualquer outro lugar do mundo visite o site The Weather Channel Brasil  (Canal do tempo).

Bom, mas voltando ao assunto, suponha que em Nova Iorque a temperatura hoje seja de 59ºF.  Os termômetros lá estarão marcando este valor pois estão graduados na escala Fahrenheit.  Mas se levássemos um termômetro daqui, graduado na escala Celsius, quanto ele iria marcar ?

Para descobrir teremos que usar a equação ao lado.  Existe uma apresentação em Power Point mostrando claramente como isso é feito.  Clique aqui para assistir.

Calorimetria

Algumas definições:

• Calor é a energia térmica que flui espontaneamente do corpo mais quente para o corpo mais frio.

• Dizemos que o equilíbrio térmico ocorre quando dois corpos, que estavam trocando calor entre si, atingem a mesma temperatura. Neste momento a troca de calor entre eles termina.

• Transferência de calor (maneiras "usadas" pelo calor para passar de um corpo para o outro)

• Condução: a energia passa de molécula para molécula, através do choque entre elas. É mais comum nos sólidos.

• Convecção: massas mais quentes sobem enquanto massas mais frias descem, transportando o calor de uma região para outra junto com o transporte de matéria. Ocorre predominantemente em líquidos e gases.

• Irradiação: a energia é transportada através de ondas eletromagnéticas. Ocorre em qualquer meio transparente ao calor.

• A capacidade térmica pode ser representada pela seguinte equação:

Nesta equação Q é a quantidade de calor perdida ou recebida pelo corpo e DT é a variação de temperatura que esta quantidade de calor causou no corpo.

Suas unidade são: J/K ou cal/ºC

• O calor específico de uma substância é a quantidade de calor necessária para fazer um grama de determinada substância elevar 1 grau Celsius sua temperatura.

Suas unidades são: J/kg.K ou cal/g.ºC

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