TERMOLOGIA: MATÉRIA, TEMPERATURA E CALOR

Apostila de Física

2ª Série do Ensino Médio

Professora: Rúbia Nunes

TERMOLOGIA

1. MATÉRIA, TEMPERATURA E CALOR

        No nosso dia a dia, é comum utilizarmos o tato para sentir o grau de aquecimento dos objetos. Consideramos um objeto quente quando sentimos que ele possui uma temperatura maior do que a de nosso corpo.

        Nos dias quentes de verão, é muito agradável chegar em casa, tirar os tênis e as meias e andar descalço. O contato do pé com o chão proporciona sensações distintas: o carpete ou o tapete, por exemplo, estão quentes, mas o piso da cozinha está frio. Mas será que estes objetos possuem temperaturas diferentes?

        Se utilizarmos um termômetro para medir a temperatura do carpete e do chão, veremos que ambos possuem a mesma temperatura. Isto mostra como o tato não é um bom recurso para determinar a temperatura dos objetos, pois cada um dos pés terá uma sensação térmica diferente do outro.

Teoria do calor (ou calórico) como substância

        No século XVIII, o calor era considerado uma espécie de substância invisível ou um tipo de fluido, como a luz e a eletricidade. Quanto maior a quantidade de fluido “calor” em um objeto, maior seria a temperatura deste. Num ambiente isolado, o objeto podia guardar essa substância “calor”, mantendo sua temperatura constante. Em contato, dois objetos de temperaturas diferentes trocavam o fluido “calor”, que ia do corpo mais quente para o mais frio, até que suas temperaturas ficassem iguais, ou seja, até que fosse atingido o equilíbrio térmico entre eles. Quando este estado era alcançado, imaginava-se que a passagem desta substância cessava.

        Essa teoria ainda considerava que o calor era atraído pela matéria e sua quantidade total era constante: ele não podia nem ser criado nem destruído, além de não ter massa.

        Havia, porém, uma questão que a teoria do calórico não explicava: Como explicar o aquecimento provocado pelo atrito entre dois corpos?

        Benjamim Thompson (1753-1814), físico britânico-americano, que trabalhava numa fábrica de canhões, percebeu que, ao fazer um furo no cano de um canhão de metal, produzia-se um grande aquecimento, o que significava que a quantidade de calórico estava aumentando. A hipótese de que todo aquele calor já estivesse na peça levaria à conclusão de que o canhão deveria derreter antes mesmo de ser furado, o que era um absurdo. Assim, o próprio Thompson reelaborou o conceito de calor como sendo o movimento das partículas que constituíam os materiais.

Teoria cinético-molecular da matéria

        A palavra cinético ou cinética significa movimento e os físicos, Benjamim Thompson, Rudolf Clausius (1822-1888) e James Clerk Maxwell (1831-1879), consideraram as hipóteses a seguir para elaborar tal teoria:

• A matéria no estado gasoso é formada de minúsculas partículas, denominadas moléculas, com tamanho próximo de 0,000 000 01 cm.

• No estado gasoso, as moléculas estão em movimento aleatório (desordenado).

        Ou seja, no estado gasoso havia um enorme conjunto de moléculas se movimentando ao acaso, e ainda, devido ao seu pequeno tamanho, elas estariam completamente separadas umas das outras, não havendo interação entre elas, a não ser nos curtíssimos instantes em que colidiam entre si.

        De acordo com as hipóteses dessa teoria, era possível descrever o comportamento dos gases e compreender algumas de suas propriedades. Por exemplo, os gases não apresentavam forma ou volume definidos porque suas moléculas, no estado gasoso, não estariam ligadas umas às outras; elas apresentavam baixa densidade e fácil compressão por causa da grande distância que haveria entre suas moléculas.

        Todo corpo ou objeto é composto por partículas (átomos/moléculas), e estas podem estar mais ou menos agitadas. Podemos observar experimentalmente que quanto mais agitadas as partículas de um corpo, maior será a temperatura do mesmo. Assim, define-se:

Temperatura: é a medida associada ao grau de agitação das partículas de um corpo.

        Desta forma, quanto mais agitadas as moléculas de um corpo, maior é a sua temperatura. E ainda, quanto menos agitadas as moléculas de um corpo, menor a temperatura do mesmo.

[pic 1]

Energia térmica, equilíbrio térmico e calor

        Energia térmica (ou energia interna) é a soma das energias cinéticas geradas pela agitação das partículas de um corpo. Porém, ela não depende apenas da temperatura, pois se o número de moléculas for aumentado, a energia térmica também será aumentada, mesmo que a temperatura se mantenha constante.

        Quando dois corpos de temperaturas diferentes entram em contato, as moléculas do corpo de maior temperatura estão mais agitadas e colidem nas moléculas do outro corpo, que são mais lentas, transferindo parte de sua energia cinética. Como resultado deste processo, a energia cinética das moléculas envolvidas vai se aproximando do mesmo valor, ou seja, da mesma temperatura (equilíbrio térmico). A esta transferência de energia damos o nome de calor. Sendo assim:

        Calor é a transferência de energia térmica entre dois corpos de temperaturas diferentes. Esta transferência se dá sempre do corpo mais quente para o menos quente.

        Então, quando um repórter nos informa a previsão do tempo usando os termos: “hoje vai fazer muito calor”, a informação que ele quer nos passar é que “hoje será um dia muito quente” ou de temperatura elevada. Ao dizer que hoje vai fazer muito calor, ele nos informa que hoje haverá muita energia térmica em trânsito!

        Cabe ressaltar que, energia é uma grandeza que não pode ser criada e nem destruída, independente da sua forma de manifestação; ela pode ser somente transferida ou transformada.