Calor e temperatura

Calor e temperatura são distintas grandezas físicas e são essenciais para o estudo da propagação de calor, da dilatação térmica dos corpos, das transformações termodinâmicas gasosas e outros, fazendo parte do ramo da Física conhecido como termologia.

Leia também: O que é peso?

Resumo sobre calor e temperatura

• Calor e temperatura não são a mesma coisa.
• O calor é o fluxo de energia entre corpos que estão em temperaturas distintas.
• Pode ser medido em Joule ou em calorias.
• Pode ser sensível, quando temos mudança de temperatura, ou latente, quando temos mudança de estado físico.
• Suas formas de propagação são pela condução, conveccção ou irradiação.
• A temperatura mensura o quanto um átomo ou molécula está se movimentando.
• A temperatura pode ser medida em Kelvin, Celsius e Fahrenheit.
• As fórmulas de conversão das escalas termométricas Kelvin, Celsius e Fahrenheit foram desenvolvidas com base na equivalência entre os seus pontos de fusão e ebulição.

Qual a diferença entre calor e temperatura?

O calor e a temperatura são frequentemente confundidos e tratados como equivalentes em razão da sua relação intrínseca, contudo, são grandezas físicas com características próprias:

• Calor: é a grandeza física que corresponde ao deslocamento de energia entre os sistemas termodinâmicos.
• Temperatura: é a grandeza física que mede o grau de oscilação dos átomos e moléculas dos corpos.

O que é calor?

Também chamado de energia térmica, o calor é uma grandeza física que pode ser definida como a energia que é transferida de um corpo em maior temperatura a outro em menor temperatura, até que esses corpos alcancem o equilíbrio térmico.

→ Unidades de medida do calor

De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, o calor é medido em Joule, contudo, é muito utilizada a sua medição em calorias. Para transformar de calorias para Joule, é necessário multiplicar o valor da caloria por 4,184, por exemplo:

\(5\ calorias\cdot4,184=20,92\ Joules\ \)

Já para transformar de Joule para calorias, basta dividir o valor em Joule por 4,184, por exemplo:

\(\frac{10\ Joules}{4,184}\cong\ 2,4\ calorias\)

→ Tipos de calor

O calor por ser classificado em latente ou sensível.

○ Calor latente

O calor latente ocorre quando não houve alteração da temperatura do sistema termodinâmico, mas modificou-se o seu estado físico (sólido, líquido e gasoso). Ele é calculado pela fórmula:

\(Q=m\cdot L\)

• 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 [J/kg]  ou [cal/g] .

○ Calor sensível

O calor sensível ocorre quando houve alteração da temperatura do sistema termodinâmico, mas não foi modificado o seu estado físico. Ele é calculado pela fórmula:

\(Q=m\cdot c\cdot∆T\)

• 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] .

→ Formas de propagação de calor

O calor pode ser propagado por meio de condução, convecção ou irradiação.

○ Condução

Na condução, o calor é transmitido pelo contato entre corpos sólidos em diferentes temperaturas. Ela é a responsável por aquecer a colher que está em contato com uma panela quente, por exemplo.

○ Convecção

Na convecção, o calor é transmitido através de correntes convectivas, em que a parte quente sobe e a parte fria desce, ocorrendo somente em líquidos e gases. Ela é a responsável por aquecer a água dentro das panelas e resfriar o ambiente por meio do ar condicionado, por exemplo.

○ Irradiação

Na irradiação, o calor é transmitido através das ondas eletromagnéticas. Ela é a responsável por transmitir o calor do Sol até os planetas, por exemplo.

→ Como calcular o calor?

O calor é calculado de acordo com a sua classificação, tendo uma fórmula específica para quando temos um caso de calor sensível ou de calor latente.

Exemplo 1:

Qual a quantidade de calor recebido pelos cubos gelo, de massa 50 g , que estão em um copo, sabendo que a sua temperatura não variou, e que o calor latente do gelo é de 80 cal/g .

Resolução:

Como não houve variação de temperatura pelo gelo, temos um caso de calor latente, em que calcularemos a quantidade de calor recebido por meio da sua fórmula:

\(Q=m\cdot L\)

\(Q=50\cdot80\)

\(Q=4000\ cal\)

Exemplo 2:

Uma pessoa aquece uma panela com 900 g  de água, aumentando sua temperatura de 35 °C  a 100 °C . Sabendo que o calor específico da água é de 1 cal/g∙°C , calcule a quantidade de calor recebido.

Resolução:

Como temos uma variação de temperatura, mas sem a mudança de estado físico, o calor nesse caso se trata do calor específico e calcularemos seu valor por meio da sua fórmula:

\(Q=m\cdot c\cdot∆T\)

\(Q=m\cdot c\cdot(T_f-T_i)\)

\(Q=900\cdot1\cdot(100-35)\)

\(Q=900\cdot1\cdot(65)\)

\(Q=58.500\ cal\)

→ Videoaula sobre calor

Veja também: O que é calor específico?

O que é temperatura?

A temperatura é uma grandeza física que verifica a energia cinética ou o grau de vibração, rotação e translação dos átomos e moléculas que constituem os corpos, sendo medida pelos termômetros. Quanto maior for a temperatura, mais agitadas as moléculas e átomos estarão.

→ Unidades de medida da temperatura

De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, a temperatura é medida na escala Kelvin, majoritariamente usada em laboratórios. Contudo, alguns países medem-na nas escalas Celsius ou Fahrenheit.

○ Escalas termométricas

Escalas termométricas são representações dos valores de temperatura, como as escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin, que podem ser convertidas de uma para outra, devido à equivalência dos seus pontos de fusão e de ebulição, por meio da fórmula descrita abaixo:

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

• 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 ].

→ Videoaula sobre temperatura

Exercícios resolvidos sobre calor e temperatura

Questão 1

(Enem) Na cidade de São Paulo, as ilhas de calor são responsáveis pela alteração da direção do fluxo da brisa marítima que deveria atingir a região de mananciais. Mas, ao cruzar a ilha de calor, a brisa marítima agora encontra um fluxo de ar vertical, que transfere para ela energia térmica absorvida das superfícies quentes da cidade, deslocando-a para altas altitudes. Dessa maneira, há condensação e chuvas fortes no centro da cidade, em vez de na região de mananciais. A imagem apresenta os três subsistemas que trocam energia nesse fenômeno.

Esses mecanismos são, respectivamente,

A) irradiação e convecção.

B) irradiação e irradiação.

C) condução e irradiação.

D) convecção e irradiação.

E) convecção e convecção.

Resolução:

Alternativa A

Temos a propagação de calor por meio da convecção, caracterizada pelo o ar quente subir e o ar frio descer, e da irradiação, caracterizada por propagar o calor do Sol até a Terra por meio das ondas eletromagnéticas.

Questão 2

(EsPECx) Um termômetro digital, localizado em uma praça na Inglaterra, marca a temperatura de 10,4 ºF. Essa temperatura, na escala Celsius, corresponde a

A) -5 ºC

B) -10 ºC

C) -12 ºC

D) -27 ºC

E) -39 ºC

Resolução:

Alternativa C

Transformaremos a temperatura em Fahrenheit para temperatura em Celsius por meio da fórmula:

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

\(\frac{T_C}{5}=\frac{10,4-32}{9}\)

\(\frac{T_C}{5}=\frac{-21,6}{9}\)

\(T_C=\frac{-21,6\cdot5}{9}\)

\(T_C=-°12\)

Por Pâmella Raphaella Melo
Professora de Física