Calor e temperatura

Calor e temperatura são diferentes grandezas físicas escalares que comumentemente são confundidas. O calor é a energia transferida entre corpos ou regiões a diferentes temperaturas. Já a temperatura é o grau de agitação de átomos e moléculas nos corpos. O calor e a temperatura são, na maioria das situações, diretamente proporcionais, então se aumentarmos a temperatura, também aumentamos a quantidade de calor.

Leia também: O que é equilíbrio térmico?

Resumo sobre calor e temperatura

• O calor e a temperatura são diferentes grandezas físicas escalares que comumentemente são confundidas.
• O calor é medido em Joule ou em calorias.
• A propagação de calor ocorre através de condução, convecção ou radiação.
• O fluxo de calor sai do corpo mais quente em direção ao corpo mais frio.
• Os tipos de calor são calor sensível e calor latente.
• A temperatura é medida em Kelvin, Celsius ou Fahrenheit.
• A temperatura é medida utilizando os termômetros.
• A dilatação térmica pode ser linear, superficial ou volumétrica.

Diferenças entre calor e temperatura

O calor e a temperatura são grandezas físicas escalares, estudadas na Termologia, com características bem distintas. Enquanto o calor depende da massa do corpo, do calor específico, do calor latente e da variação de temperatura, a temperatura depende principalmente da agitação das partículas do corpo.

Relação entre calor e temperatura

O calor e a temperatura apresentam uma relação muito próxima, já que o fluxo de calor somente ocorre quando temos variações de temperatura em um mesmo corpo ou entre diferentes corpos.

O que é calor?

O calor, ou energia térmica, é uma grandeza física escalar que pode ser descrita como a energia propagada de um corpo ou região mais quente para um corpo ou região mais fria.

→ Propagação do calor

A propagação do calor pode se dar por meio da condução, convecção ou radiação:

• Condução de calor: na condução temos a propagação de calor nos fluidos através das colisões entre as moléculas e nos sólidos através das vibrações das moléculas ou movimento dos elétrons livres.
• Convecção de calor: na convecção temos a propagação de calor através do movimento dos fluidos a diferentes temperaturas. Ela pode ocorrer entre um sólido e um fluido ou entre regiões diferentes do mesmo fluido.
• Radiação de calor: na radiação temos a propagação de calor através de ondas eletromagnéticas, sem depender do meio. Dessa forma, ela ocorre no vácuo.

 → Unidades de medida do calor

Pelo Sistema Internacional de Unidades, a quantidade de calor é medida em Joule, mas ele também pode ser medido em calorias. Para converter a quantidade de calor de calorias para Joule, basta multiplicar o valor da quantidade de calor por 4,184:

\(100 \, \text{calorias} \cdot 4,184 = 418,4 \, \text{Joules} \)

Já para converter a quantidade de calor de Joule para calorias, basta dividir o valor da quantidade de calor em Joule por 4,184:

\(\frac{100 \, \text{Joules}}{4,184} \cong 23,9 \, \text{calorias} \)

→ Trocas de calor

O fluxo de calor mede a taxa de calor transferida entre corpos a diferentes temperaturas, ocorrendo do corpo mais quente para o corpo mais frio até o equilíbrio térmico.

Para saber mais sobre o assunto, clique aqui.

→ Calor sensível

O calor sensível é um tipo de calor associado à variação de temperatura de um sistema termodinâmico, sem a alteração de seu estado físico. Sua fórmula é dada por:

\(Q=m \cdot c \cdot ∆T\)

• Q
   → quantidade de calor, medida em Joule [J]
   ou calorias [cal]
  .
• m
   → massa, medida em quilograma [kg]
   ou gramas [g]
  .
• c
   → calor específico, medido em [J/(kg ∙ K)]
   ou [cal/g ∙°C]
  .
• ∆T
   → variação de temperatura, medida em Kelvin [K]
   ou Celsius [°C]
  .

→ Calor latente

O calor latente é um tipo de calor associado à alteração do estado físico do sistema termodinâmico, sem a variação da temperatura. Sua fórmula é dada por:

\(Q=m \cdot L\)

• Q
   → quantidade de calor, medida em Joule [J]
  ou calorias [cal]
  .
• m
   → massa, medida em quilograma [kg]
  ou gramas [g]
  .
• L
   → calor latente, medido em medido em [J/kg]
   ou [cal/g]
  .

→ Calorimetria

A calorimetria é a área de estudo na Física Clássica que tem como objeto de estudo o calor, sua propagação, seus tipos e a dilatação térmica.

◦ Dilatação térmica

A dilatação térmica é um fenômeno caracterizado pelo aumento do comprimento, largura e/ou altura de um corpo quando ele é submetido a um aumento de temperatura. A dilatação térmica pode ser linear, quando temos o aumento do comprimento do corpo; superficial, quando temos o aumento da área do corpo; ou volumétrica, quando temos o aumento do volume do corpo.

Para saber mais sobre calorimetria, clique aqui.

O que é temperatura?

A temperatura é uma grandeza física escalar que pode ser descrita como o grau de oscilação dos átomos e moléculas que formam os corpos.

Pelo Sistema Internacional de Unidades, a temperatura é medida em Kelvin, mas ela também pode ser medida em Celsius ou Fahrenheit. Para converter a temperatura de Kelvin para Celsius ou Fahrenheit usamos as escalas termométricas.

→ Como medir a temperatura?

A temperatura é medida utilizando os termômetros, que podem ser analógicos, digitais ou digitais infravermelhos, contando com sensores infravermelhos. Podemos mudar a temperatura de uma escala para outra através do cálculo das escalas termométricas, dado pela fórmula:

\(\frac{T_C}{5} = \frac{T_F - 32}{9} = \frac{T_K - 273}{5} \)

• T_C
   → temperatura na escala Celsius, medida em [°C
  ].
• T_F
   → temperatura na escala Fahrenheit, medida em [°F
  ].
• T_K
   → temperatura na escala Kelvin, medida em [K
  ].

Para saber mais detalhes sobre a temperatura, clique aqui.

Exercícios resolvidos sobre calor e temperatura

Questão 1

(Aprendiz de Marinheiro) Três termômetros de mercúrio são colocados num mesmo líquido e, atingido o equilíbrio térmico, o graduado na escala Celsius registra 45 ºC. Os termômetros graduados nas escalas Kelvin e Fahrenheit, respectivamente, devem registrar que valores?

A) 218 K e 113 ºF
B) 318 K e 113 ºF
C) 318 K e 223 ºF
D) 588 K e 313 ºF
E) 628 K e 423 ºF

Resolução:

Alternativa B.

Primeiramente, converteremos a temperatura da escala Celsius para a escala Kelvin, por meio da fórmula que as relaciona:

\(\frac{T_C}{5} = \frac{T_K - 273}{5} \)

\(T_C = T_K - 273 \)

\(45 = T_K - 273 \)

\(T_K = 273 + 45 \)

\(T_K=318 K\)

Por fim, converteremos a temperatura da escala Celsius para a escala Fahrenheit, por meio da fórmula que as relaciona:

\(\frac{T_C}{5} = \frac{T_F - 32}{9} \)

\(\frac{45}{5} = \frac{T_F - 32}{9} \)

\(9 = \frac{T_F - 32}{9} \)

\(9 \cdot 9=T_F-32\)

\(81=T_F-32\)

\(T_F=81+32\)

\(T_F=113 ℉\)

Questão 2

(PUC) Um líquido é aquecido através de uma fonte térmica que provê 50 cal por minuto

A) 0,0125

B) 0,25

C) 5,0

D) 2,5

E) 4,0

Resolução:

Alternativa B.

Primeiramente calcularemos a quantidade de calor através de uma regra de três simples:

50 calorias ---> 1 minuto

Q calorias ---> 20 minutos

\(1 \cdot Q = 50 \cdot 20\)

Q = 1000 calorias fornecidas

Por fim, calcularemos o calor específico através da fórmula do calor sensível:

\(Q=m \cdot c \cdot ∆T\)

\(1000=200 \cdot c \cdot 20\)

\(1000=4000 \cdot c\)

\(\frac {1000}{4000} =c\)

\(0,25 cal/g \cdot °C=c\)

Fontes

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Gravitação, Ondas e Termodinâmica (vol. 2). 10. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2016.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Fluidos, Oscilações e Ondas, Calor (vol. 2). Editora Blucher, 2015.