A Termologia é o ramo da Física responsável por estudar os fenômenos associados ao calor e à temperatura, sendo subdividida em Calorimetria, Termometria e Termodinâmica. Ela é muito importante devido às várias aplicações que possui em nosso cotidiano. Por exemplo, por meio da medição da temperatura do nosso corpo, conseguimos saber se estamos doentes.
Veja também: Dinâmica — a área da Física em que se estuda o comportamento de corpos em movimento
Tópicos deste artigo
- 1 - O que é Termologia?
- 2 - O que a Termologia estuda?
- 3 - Conceitos importantes da Termologia
- 4 - Fórmulas da Termologia
- → Escalas termométricas
- → Variação de temperatura
- → Calor latente
- → Calor sensível
- → Capacidade térmica
- → Calor específico
- → Coeficiente de dilatação superficial e linear
- → Coeficiente de dilatação volumétrica e linear
- → Dilatação linear
- → Dilatação superficial
- → Dilatação volumétrica
- → Primeira lei da Termodinâmica
- 5 - Importância e aplicações da Termologia
- 6 - Termologia e Termometria
- 7 - Exercícios resolvidos sobre Termologia
O que é Termologia?
A Termologia é o campo da Física responsável por investigar os fenômenos associados ao calor e à temperatura.
O que a Termologia estuda?
Os estudos da Termologia são divididos em três áreas. Veja sobre cada uma delas a seguir:
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Termometria: a área que estuda a temperatura, o termômetro e as escalas termométricas.
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Calorimetria: a área que estuda o calor e os fênomenos que o envolvem.
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Termodinâmica: a área que estuda as relações entre a pressão, volume e temperatura com outras grandezas físicas, por meio das leis da Termodinâmica.
Conceitos importantes da Termologia
Abaixo, veremos alguns conceitos importantes referentes a cada uma das três áreas da Termologia.
→ Termometria
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Temperatura: mensura o grau de agitação das moléculas que compõem os corpos, sendo diretamente proporcional à vibração, rotação e translação dos átomos e moléculas.
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Termômetro: instrumento capaz de medir a temperatura dos corpos.
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Escalas termométricas: representam a temperatura em diferentes unidades de medida, como Celsius, Fahrenheit e Kelvin.
→ Calorimetria
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Calor: é a energia térmica transferida entre corpos que possuem diferentes temperaturas, sempre saindo do corpo de maior temperatura em direção ao de menor temperatura até atingir o equilíbrio térmico.
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Transmissão de calor: o calor pode ser transmitido pela condução, por meio do contato com a superfície; pela convecção, por meio da formação das correntes convectivas nos fluídos; ou pela irradiação, por meio das ondas eletromagnéticas.
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Formas de calor: o calor pode ser sensível, quando ele varia a temperatura de um corpo, ou latente, quando ocorre a mudança do estado físico do corpo.
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Dilatação térmica: consiste na variação das dimensões do corpo devido a mudanças de temperatura e calor, podendo ocorrer de forma linear quando se dilata apenas o comprimento, superficial quando se dilata a área ou volumétrica quando se dilata o volume do corpo.
→ Termodinâmica
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Lei zero da Termodinâmica: lei que trata do equilíbrio térmico entre os corpos, processo que precede a troca de calor entre eles.
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Primeira lei da Termodinâmica: lei que trata da conservação de energia em sistemas termodinâmicos. Ao receber calor, um sistema poderá convertê-lo em trabalho ou aumento de sua energia interna.
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Segunda lei da Termodinâmica: lei que trata das máquinas térmicas. É impossível construir uma máquina que consiga transformar todo o seu calor em trabalho, então sempre há perdas de calor durante seu funcionamento. Essa lei também aborda o conceito de entropia, conhecida por mensurar o grau de desordem de um sistema.
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Terceira lei da Termodinâmica: lei que trata do zero absoluto, sendo ele impossível de ser atingido.
Saiba mais: Conceitos básicos de Cinemática
Fórmulas da Termologia
→ Escalas termométricas
\(h\frac{T_C}{5}=\frac{T_F-32}9=\frac{T_K-273}5\)
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\(T_C\) → temperatura na escala Celsius, medida em [°C].
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\(T_F\) → temperatura na escala Fahrenheit, medida em [°F].
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\(T_K\) → temperatura na escala Kelvin, medida em [K].
→ Variação de temperatura
\(∆T=T_f-T_i\)
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\(∆T\) → variação de temperatura, medida em Celsius [°C], Fahrenheit [°F] ou Kelvin [K].
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\(T_f\) → temperatura final, medida em Celsius [°C], Fahrenheit [°F] ou Kelvin [K] .
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\(T_i\) → temperatura inicial, medida em Celsius [°C], Fahrenheit [°F] ou Kelvin [K].
→ Calor latente
\(Q=m\cdot L\)
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Q → quantidade de calor, medida em Joule [J] ou calorias [cal] .
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m → massa, medida em quilogramas [kg] ou gramas [g].
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L → calor latente, medido em [J/kg] ou [cal/g].
→ Calor sensível
\(Q=m\cdot c\cdot ∆T\)
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Q → quantidade de calor, medida em Joule [J] ou calorias [cal] .
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m → massa, medida em quilogramas [kg] ou gramas [g] .
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c → calor específico, medido em \([J/(kg\cdot K)]\) ou [cal/g∙°C] .
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\(∆T\) → variação de temperatura, medida em Kelvin [K] ou Celsius [°C].
→ Capacidade térmica
\(C=c\cdot m=\frac{Q}{∆T}\)
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c → calor específico, medido em \([J/kg\cdot K]\) ou \([cal/g\cdot °C]\).
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C → capacidade térmica, medida em [J/K] ou [cal/°C].
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m → massa, medida em quilogramas [kg] ou gramas [g].
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Q → quantidade de calor, medida em Joule [J] ou calorias [cal].
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\(∆T\) → variação de temperatura, medida em Kelvin [K] ou Celsius [°C].
→ Calor específico
\(c=\frac{Q}{m\cdot∆T}\)
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c → calor específico, medido em \([J/(kg\cdot K)]\) ou \([cal/g\cdot °C]\).
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Q → quantidade de calor, medida em Joule [J] ou calorias [cal].
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m → massa, medida em quilogramas [kg] ou gramas [g].
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\(∆T\) → variação de temperatura, medida em Kelvin [K] ou Celsius [°C].
→ Coeficiente de dilatação superficial e linear
\(β=2\cdotα\)
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\(β\) → coeficiente de dilatação superficial, medido em \([°C^{-1}]\) ou \([K^{-1}]\).
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\(α\) → coeficiente de dilatação linear, medido em \([°C^{-1}]\) ou \([K^{-1}]\).
→ Coeficiente de dilatação volumétrica e linear
\(γ=3\cdotα\)
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\(γ\) → coeficiente de dilatação volumétrica, medido em \( [°C^{-1}]\) ou \([K^{-1}]\).
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\(α\) → coeficiente de dilatação linear, medido em \([°C^{-1}]\) ou \([K^{-1}]\).
→ Dilatação linear
\(∆L=L_o\cdotα\cdot∆T\)
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\(∆L\) → variação do comprimento dilatado, medida em metros [m].
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\(L_o\) → comprimento inicial, medido em metros [m].
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\(α \) → coeficiente de dilatação volumétrica, medido em\([°C^{-1}]\) ou \([K^{-1}]\).
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\(∆T\) → variação de temperatura, medida em Celsius [°C] ou Kelvin [K].
→ Dilatação superficial
\(∆A=A_o\cdotβ\cdot∆T\)
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\(∆A\) → variação da área dilatada, medida em metros quadrados \([m^2]\).
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\(A_o\) → área inicial, medida em metros quadrados \([m^2]\).
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\(β\) → coeficiente de dilatação superficial, medido em\([°C^{-1}]\) ou \([K^{-1}]\).
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\(∆T\) → variação de temperatura, medida em Celsius [°C] ou Kelvin [K].
→ Dilatação volumétrica
\(∆V=V_o\cdotγ\cdot∆T\)
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\(∆V\) → variação do volume dilatado, medida em litros [l] ou metros cúbicos [\(m^3\)].
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\(V_o\) → volume inicial, medido em litros [l] ou metros cúbicos [\(m^3\)].
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\(γ \) → coeficiente de dilatação volumétrica, medido em \([°C^{-1}]\) ou \([K^{-1}]\).
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\(∆T\) → variação de temperatura, medida em Celsius [°C] ou Kelvin [K].
→ Primeira lei da Termodinâmica
\(∆U=Q-W\)
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\(∆U \) → variação da energia interna, medida em Joule [J].
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Q → quantidade de calor, medida em Joule [J] ou calorias [cal].
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W → trabalho, medido em Joule [J].
Importância e aplicações da Termologia
A Termologia é muito importante devido às suas inúmeras aplicações em nosso cotidiano. Abaixo, podemos ver alguns exemplos:
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Por meio da temperatura do corpo, conseguimos saber se estamos doentes.
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Por meio da temperatura do objeto, conseguimos calcular a sua dilatação.
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Com a temperatura é possível determinar quanto tempo demora para o sólido ou líquido esfriar ou aquecer.
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Com a temperatura podemos encontrar o calor e vice-versa.
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A Termologia permite descobrirmos as variações de temperatura em diferentes escalas termométricas.
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Com o estudo da dilatação, conseguimos calcular o espaço necessário entre os trilhos da ferrovia e entre a porta e o portal, para que não ocorram incovenientes.
Termologia e Termometria
A Termologia abrange os estudos da Termometria, Calorimetria e Termodinâmica, ou seja, a Termometria é apenas uma parte da Termologia, cujo objeto de estudo é a temperatura.
Leia também: Óptica — a área da Física que estuda a luz e os seus fenômenos
Exercícios resolvidos sobre Termologia
Questão 1
(UFPR) Para aquecer 500 g de certa substância de 20 °C para 70 °C, foram necessárias 4000 calorias. A capacidade térmica e o calor específico valem respectivamente:
A) 8 cal/ °C e 0,08 \(\frac{cal}{g °C}\)
B) 80 cal/ °C e 0,16 \(\frac{cal}{g °C}\)
C) 90 cal/ °C e 0,09 \(\frac{cal}{g °C}\)
D) 95 cal/ °C e 0,15 \(\frac{cal}{g °C}\)
E) 120 cal/ °C e 0,12 \(\frac{cal}{g °C}\)
Resolução:
Alternativa B
Usaremos a fórmula da capacidade térmica, que envolve calor e variação de temperatura:
\(C=\frac{Q}{∆T}\)
\(C=\frac{4000}{70-20}\)
\(C=\frac{4000\ cal}{50}\)
\(C=80\ cal/°C\)
Por fim, calcularemos o valor do calor específico:
\(4000=500\cdot c\cdot 50\)
\(4000=25000\cdot c\)
\(\frac{4000}{25000}=c\)
\(0,16\ \frac{cal}{g °C}=c\)
Questão 2
(Ufla) Uma barra de ferro homogênea é aquecida de 10 °C até 60 °C. Sabendo-se que a barra a 10 °C tem um comprimento igual a 5 m e que o coeficiente da dilatação linear do ferro é igual \(1,2\cdot10^{-6} °C^{-1}\), podemos afirmar que a variação de dilatação ocorrida e o comprimento final da barra foram de:
A) \(5,0\cdot 10^{-4}\ m\); 5,0005 m
B) \(2,0\cdot 10^{-4}\ m\); 5,0002m
C) \(4,0\cdot 10^{-4}\ m\); 5,0004m
D) \(3,0\cdot 10^{-4}\ m\); 5,0003 m
E) \(6,0\cdot 10^{-4}\ m\); 5,0006 m
Resolução:
Alternativa D
Calculando a variação de comprimento dilatado por meio da fórmula da dilatação linear:
\(∆L=L_o\cdotα\cdot∆T\)
\(∆L=L_o\cdotα\cdot(T_F-T_I)\)
\(∆L=5\cdot1,2\cdot10^{-6}\cdot(60-10)\)
\(∆L=6\cdot10^{-6}\cdot(50)\)
\(∆L=300\cdot10^{-6}\)
\(∆L=3\cdot10^2\cdot10^{-6}\)
\(∆L=3\cdot10^{2-6}\)
\(∆L=3\cdot10^{-4}\ m\)
A variação de comprimento dilatado é a diferença entre o comprimento final e o comprimento inicial, então o valor do comprimento final é:
\(∆L=L_F-L_o\)
\(3\cdot10^{-4}=L_F-5\)
\(3\cdot10^{-4}+5=L_F\)
\(0,0003+5=L_F\)
\(5,0003\ m=L_F\)
