Termologia é o estudo dos fenômenos físicos relacionados ao calor e à temperatura, envolvendo conceitos como:
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trocas de calor;
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equilíbrio térmico;
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transformações gasosas;
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mudanças de estado físico;
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máquinas térmicas etc.
Além de ser uma área de estudo de grande importância para o avanço tecnológico, a termologia é um dos temas mais comuns entre as questões de Física que costumam ser cobradas no Enem. Que tal fazermos uma revisão sobre o tema?
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Termologia no Enem
Para fazer o Enem, é de grande importância que você conheça a teoria da termologia a ponto de conseguir reconhecer seus principais fenômenos, mas também saber relacioná-los aos diferentes contextos que são apresentados nas questões do exame.
Veja a seguir alguns dos assuntos que merecem sua atenção para se preparar para a prova de Física do Exame Nacional do Ensino Médio.
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Escalas termométricas
As escalas termométricas não costumam ser cobradas de forma direta nas questões de Física do Enem, entretanto é importante reconhecer que a habilidade de se converter uma escala termométrica em outra é fundamental para a realização das demais questões que envolvem a termologia.
Lembre-se de que toda escala termométrica apresenta dois pontos fixos – é a partir deles que estabelecemos a igualdade entre duas escalas de temperatura diferentes.
A fórmula a seguir pode ser usada para convertermos diferentes valores de temperatura em Celsius, Kelvin e Fahrenheit, que são as escalas de temperatura mais comuns. Observe:
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Calorimetria
Dentro da calorimetria, devemos ressaltar a importância das questões sobre equilíbrio térmico, bastante comuns nas provas do Enem. A calorimetria consiste em realizar cálculos referentes às trocas de calor entre corpos, bem como sobre as mudanças de estado físico.
Quando estiver estudando calorimetria para o Enem, procure compreender bem como se utiliza a fórmula conhecida como a equação fundamental da calorimetria, também chamada de calor sensível. Confira:
Q – calor (cal)
m – massa (g)
c – calor específico (cal/gºC)
ΔT – variação de temperatura (ºC)
A fórmula anterior é utilizada quando as trocas de calor entre dois ou mais corpos levam a variações de temperatura, no entanto, durante as mudanças de estado físico, não ocorrem variações de temperatura. Nesses casos, calculamos o calor latente, por meio da fórmula a seguir:
L – calor latente específico (cal/g)
Além dos cálculos de calor sensível e calor latente, diversas questões sobre calorimetria abordam o conceito de equilíbrio térmico. Para resolver esse tipo de exercício, devemos somar todas as quantidades de calor que são absorvidas ou liberadas pelos corpos em contato térmico e precisamos nos lembrar que a temperatura final desses corpos deve ser igual. Observe:
QR – calor recebido pelo corpo
QC – calor cedido pelo corpo
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Transformações gasosas
As transformações gasosas dizem respeitos às variações de pressão, volume e temperatura sofridas por um gás ideal. Quando for estudar esse assunto, concentre-se na lei geral dos gases e na equação de Clapeyron, mostradas a seguir:
P – pressão (Pa)
V – volume (m³)
n – número de mols (mol)
R – constante universal dos gases ideais (0,082 J/mol.K)
T – temperatura (K)
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Termodinâmica
Para estar preparado para as questões de termodinâmica do Enem, invista seu tempo estudando as máquinas térmicas e os ciclos termodinâmicos. Concentre-se nos cálculos que envolvem a 1ª lei da termodinâmica, mas sem deixar de lado a teoria por trás de cada uma destas leis:
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Exemplos de questões de termologia no Enem
Questão 1 — (Enem) Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de energia de outro sistema. No caso, a energia armazenada no combustível é, em parte, liberada durante a combustão para que o aparelho possa funcionar. Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser utilizada para a realização de trabalho. Isso significa dizer que há vazamento da energia em outra forma.
CARVALHO, A. X. Z. Física Térmica. Belo Horizonte: Pax, 2009 (adaptado).
De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes da:
a) liberação de calor dentro do motor ser impossível.
b) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável.
c) conversão integral de calor em trabalho ser impossível.
d) transformação de energia térmica em cinética ser impossível.
e) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável.
Resolução:
De acordo com a 2ª lei da Termodinâmica, é impossível que uma máquina que opere em ciclos converta todo o calor por ela recebido em trabalho, logo a alternativa correta é a letra C.
Questão 2 — (Enem) As altas temperaturas de combustão e o atrito entre suas peças móveis são alguns dos fatores que provocam o aquecimento dos motores à combustão interna. Para evitar o superaquecimento e consequentes danos a esses motores, foram desenvolvidos os atuais sistemas de refrigeração, em que um fluido arrefecedor com propriedades especiais circula pelo interior do motor, absorvendo o calor que, ao passar pelo radiador, é transferido para a atmosfera.
Qual propriedade o fluido arrefecedor deve possuir para cumprir seu objetivo com maior eficiência?
a) Alto calor específico
b) Alto calor latente de fusão
c) Baixa condutividade térmica
d) Baixa temperatura de ebulição
e) Alto coeficiente de dilatação térmica
Resolução:
Para que o fluido arrefecedor funcione corretamente, é necessário que ele absorva uma grande quantidade de calor sem sofrer grandes variações de temperatura. Sendo assim, ele precisa de um grande calor específico, portanto a alternativa correta é a letra A.
Questão 3 — (Enem) A energia geotérmica tem sua origem no núcleo derretido da Terra, onde as temperaturas atingem 4.000 °C. Essa energia é primeiramente produzida pela decomposição de materiais radioativos dentro do planeta. Em fontes geotérmicas, a água, aprisionada em um reservatório subterrâneo, é aquecida pelas rochas ao redor e fica submetida a altas pressões, podendo atingir temperaturas de até 370 °C sem entrar em ebulição. Ao ser liberada na superfície, à pressão ambiente, ela se vaporiza e se resfria, formando fontes ou gêiseres. O vapor de poços geotérmicos é separado da água e é utilizado no funcionamento de turbinas para gerar eletricidade. A água quente pode ser utilizada para aquecimento direto ou em usinas de dessalinização.
Roger A. Hinrichs e Merlin Kleinbach. Energia e meio ambiente. Ed. ABDR (com adaptações)
Depreende-se das informações do texto que as usinas geotérmicas:
a) utilizam a mesma fonte primária de energia que as usinas nucleares, sendo, portanto, semelhantes os riscos decorrentes de ambas.
b) funcionam com base na conversão de energia potencial gravitacional em energia térmica.
c) podem aproveitar a energia química transformada em térmica no processo de dessalinização.
d) assemelham-se às usinas nucleares no que diz respeito à conversão de energia térmica em cinética e, depois, em elétrica.
e) transformam inicialmente a energia solar em energia cinética e, depois, em energia térmica.
Resolução:
As usinas geotérmicas utilizam a água aquecida para mover suas turbinas, assim como é feito nas usinas nucleares. Sendo assim, a alternativa correta é a letra D.