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A Lei Zero da Termodinâmica é a lei que colaborou na conceitualização da grandeza temperatura e no desenvolvimento dos termômetros, a partir dos seus estudos a respeito do equilíbrio térmico entre diferentes corpos.
Leia também: O que é calor?
Tópicos deste artigo
- 1 - O que diz a Lei Zero da Termodinâmica?
- 2 - Para que serve a Lei Zero da Termodinâmica?
- 3 - Lei Zero da Termodinâmica e os termômetros
- 4 - O que são as escalas termométricas?
- 5 - Exercícios resolvidos sobre a Lei Zero da Termodinâmica
O que diz a Lei Zero da Termodinâmica?
A Lei Zero da Termodinâmica é a lei que fundamenta a Termodinâmica por contribuir na definição da grandeza física temperatura, que é imprecindível para compreender a primeira e a segunda leis da Termodinâmica. Em razão disso e devido ao seu desenvolvimento ter sido posterior ao das duas primeiras leis, ela foi nomeada como Lei Zero pelo físico Ralph H. Fowler (1889-1944).
Ela pode ser enunciada como:
“Se dois corpos A e B estão separadamente em equilíbrio térmico com um terceiro corpo, então A e B estão em equilíbrio térmico entre si”.
A partir desse enunciado da Lei Zero, é possível compreender que, se dois corpos estão com temperaturas iguais à de um terceiro corpo, então todos terão a mesma temperatura, estando então em equilíbrio térmico, em que não ocorre fluxo de calor de um corpo para o outro.
Para que serve a Lei Zero da Termodinâmica?
A Lei Zero da Termodinâmica é importante porque ela define a grandeza física temperatura, que tornou possível que os termômetros fossem fabricados. Ela pode ser observada em situações que se referem ao equilíbrio térmico entre os corpos, por exemplo: ao misturar águas a diferentes temperaturas, haverá troca de calor até que as águas atinjam a mesma temperatura, e ao entrar em uma água com uma temperatura mais elevada ou mais fria, em pouco tempo, o corpo se acostumará à temperatura devido às trocas de calor.
Lei Zero da Termodinâmica e os termômetros
A Lei Zero da Termodinâmica contribuiu no desenvolvimento dos termômetros, que são equipamentos usados na medição da temperatura de qualquer corpo, vivo ou não.
![Diferentes formatos e modelos de termômetros.](https://s1.static.brasilescola.uol.com.br/be/2022/12/modelos-termometros.jpg)
Existem atualmente três tipos de termômetros que variam em sua constituição e funcionamento:
-
Analógicos: compostos de mercúrio;
-
Digitais: formados por um componente eletrônico na ponta que possui sensibilidade a temperaturas;
-
Digitais infravermelhos: formados por sensores infravermelhos, medem a temperatura sem a necessidade de encostar nos corpos.
Leia também: Qual a diferença entre temperatura e calor?
O que são as escalas termométricas?
As escalas termométricas são representações das temperaturas em diferentes escalas, sendo as mais empregadas as escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin. Temos abaixo uma comparação entre os valores de temperaturas equivalentes nessas escalas termométricas:
![Comparação entre as escalas termométricas Kelvin, Celsius e Fahrenheit.](https://s1.static.brasilescola.uol.com.br/be/2022/12/escalas-termometricas.jpg)
Para encontrar a equivalência de temperatura em diferentes escalas termométricas, os valores medidos das temperaturas nos pontos de ebulição e de fusão da água são marcados e comparados a um terceiro ponto do quals se deseja saber a temperatura. Para isso, foi desenvolvida a fórmula da igualdade entre as diferentes escalas termométricas:
\(\frac{T_C}5=\frac{T_F-32}9=\frac{T_K-273}5\)
-
\(T_C\) é a temperatura na escala Celsius, medida em \([°C ]\)
-
\(T_F\) é a temperatura na escala Fahrenheit, medida em \([°F ]\)
-
\(T_K\) é a temperatura na escala Kelvin, medida em \([K ]\)
→ Videoaula sobre a conversão entre escalas termométricas
Exercícios resolvidos sobre a Lei Zero da Termodinâmica
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 45ºC. 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, vamos converter a temperatura na escala Celsius para a temperatura da escala Kelvin utilizando a fórmula que as relaciona:
\(\frac{T_C}5=\frac{T_K-273}5\)
\(TC=TK-273\)
\(45=TK-273\)
\(TK=273+45\)
\(TK=318\ K\)
Depois, converteremos a temperatura na escalada Celsius para a temperatura da escala Fahrenheit, utilizando a fórmula que as relaciona:
\(\frac{T_C}5=\frac{T_F-32}9\)
\(\frac{45}5=\frac{T_F-32}9\)
\(9=\frac{T_F-32}9\)
\(9\cdot9=TF-32\)
\(81=TF-32\)
\(TF=81+32\)
\(TF=113\ ℉\)
Questão 2
(UERJ) Considere quatro objetos A, B, C e D. Observou-se que A e B estão em equilíbrio térmico entre si. O mesmo para C e D. Entretanto, A e C não estão em equilíbrio térmico entre si. Pode-se concluir que:
a) B e D estão à mesma temperatura.
b) B e D podem estar em equilíbrio térmico, mas também podem não estar.
c) B e D não podem estar à mesma temperatura.
d) A Lei Zero da Termodinâmica não se aplica a este caso, porque existem mais de três objetos.
e) A, B, C e D estão à mesma temperatura.
Resolução:
Alternativa C. Como os corpos A e B estão em equilíbrio térmico, os corpos C e D também estão em equilíbrio, mas os corpos A e C não estão em equilíbrio térmico, então, de acordo com a Lei Zero da Termodinâmica, os corpos B e D não poderão estar em equilíbrio térmico.
Por Pâmella Raphaella Melo
Professora de Física