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?
Tópicos deste artigo
- 1 - Resumo sobre calor e temperatura
- 2 - Diferenças entre calor e temperatura
- 3 - Relação entre calor e temperatura
- 4 - O que é calor?
- 5 - O que é temperatura?
- 6 - Exercícios resolvidos sobre calor e temperatura
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:
\(\frac{T_C}{5} = \frac{T_F - 32}{9} = \frac{T_K - 273}{5} \)
- TC
→ temperatura na escala Celsius, medida em [°C
]. - TF
→ temperatura na escala Fahrenheit, medida em [°F
]. - TK
→ 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
. Observa-se que 200g
desse líquido se aquecem 20,0 °C
em 20,0 min
. Qual é o calor específico do líquido, medido em \(cal/(g \cdot °C)? \)?
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.
