Calor e temperatura

Calor e temperatura são conceitos estudados por uma área chamada termologia. O calor é a energia que passa de um lugar para outro quando os lugares estão em diferentes temperaturas. Já a temperatura está relacionada à agitação dos átomos e moléculas que compõem um corpo. A principal diferença entre os conceitos é que o calor só ocorre se tivermos diferença de temperatura, enquanto a temperatura não depende do calor, apenas da vibração dos átomos.

Leia também: O que é energia?

Resumo sobre calor e temperatura

• Calor é a energia transmitida entre corpos que estão em temperaturas distintas.
• Temperatura é o quanto os átomos, partículas e moléculas de um corpo vibram.
• Os tipos de calor são calor latente e calor específico.
• As formas de propagação do calor são condução, convecção e irradiação.
• O calor só flui quando se tem variação da temperatura.
• Uma das diferenças entre calor e temperatura são suas unidades de medida. 
• A unidade de medida da temperatura é o Kelvin.
• A unidade de medida do calor é o Joule.

O que é calor?

O calor é uma energia que passa de um lugar (ou algo) mais quente para outro mais frio até que tudo tenha a mesma temperatura. Por exemplo, quando tomamos banho quente, inicialmente a temperatura da água nos incomoda, mas, depois de um tempo, nos acostumamos.

• Unidades de medida do calor

A unidade que se mede o calor, pelo Sistema Internacional de Unidades, é o Joule, mas também pode ser a caloria.

Para convertermos de caloria para Joule, multiplicamos o valor dado em caloria por 4,184; por exemplo, 100 calorias são 418,4 Joules.

\(100\, \text{cal} \cdot 4,184 = 418,4\, \text{J} \)

Já para convertermos de Joule para calorias, dividimos o valor dado em Joule por 4,184; por exemplo, 100 Joules são aproximadamente 23,9 calorias.

\(\frac{100\, \text{J}}{4,184} \cong 23,9\, \text{cal} \)

• Tipos de calor

Existem dois tipos de calor, o calor latente e o calor sensível.

• • Calor latente: é aquele que consegue mudar o estado físico (sólido, líquido e gasoso) do corpo ou substância; por exemplo, transformar água líquida em gelo ou água líquida em gás, mantendo a temperatura constante (a mesma ao longo do tempo).

• • Calor sensível ou específico: é aquele que consegue variar a temperatura do corpo ou substância sem mudar o seu estado físico.

• Formas de propagação de calor

Existem três formas de propagação do calor, a condução, a convecção e a irradiação.

• Condução: o calor passa de um lugar mais quente para um lugar mais frio por meio do toque entre os corpos, isso acontece até que tudo tenha a mesma temperatura. Por exemplo, se não tomarmos cuidado, nos queimamos quando pegamos uma xícara quente.

• Convecção: o calor mais quente que está na parte de cima (pode ser de uma panela ou local) desce, e o calor mais frio que está na parte de baixo sobe, esse processo é chamado de correntes convectivas e acontece até que tudo esteja na mesma temperatura. Por exemplo, o ar condicionado é colocado em cima para que o ar frio dele desça e resfrie o ambiente.

• Irradiação: o calor passa de um lugar para outro por meio de ondas eletromagnéticas (são como vibrações que se movem sem precisar de um meio, como água e ar). Por exemplo, o calor que sai do Sol e chega à Terra é por irradiação, já que no espaço não temos um meio.

O que é temperatura?

A temperatura é o nível de vibração das moléculas, átomos e partículas de um corpo. Isso quer dizer que, quanto maior for à temperatura de algo, mais agitadas serão as moléculas, átomos e partículas que o constituem.

• Unidades de medida da temperatura

A unidade que se mede a temperatura, pelo Sistema Internacional de Unidades, é o Kelvin (usada nos laboratórios), mas também pode ser o Celsius (usada na maioria dos países) ou o Fahrenheit (usado em poucos países, como Estados Unidos, Bahamas e Belize).

Para convertermos de Kelvin para Celsius ou Fahrenheit (ou vice-versa), usamos as escalas termométricas — fórmulas para conversão de unidades de medida de temperatura.

→ Para convertermos de Kelvin para Celsius (ou vice-versa), usamos a fórmula:

\(T_C = T_K - 273 \)

T_C → temperatura na escala Celsius, medida em [°C].

T_K → temperatura na escala Kelvin, medida em [K].

Por exemplo, 10 ºC são aproximadamente 283 K.

\(T_C=T_K-273\)

\(10=T_K-273\)

\(T_K=10+273\)

\(T_K=283 K\)

→ Para convertermos de Kelvin para Fahrenheit (ou vice-versa), usamos a fórmula:

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

T_F → temperatura na escala Fahrenheit, medida em [°F].

T_K → temperatura na escala Kelvin, medida em [K].

Por exemplo, 10 ºF são aproximadamente 260,7 K.

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

\(\frac{10 - 32}{9} = \frac{T_K - 273}{5} \)

\(\frac{-22}{9} = \frac{T_K - 273}{5} \)

\(\frac{-22}{9} \cdot 5 = T_K - 273 \)

\(-12,22=T_K-273\)

\(T_K=-12,22+273\)

\(T_K \cong 260,7 K\)

→ Para convertermos de Celsius para Fahrenheit (ou vice-versa), usamos a fórmula:

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

T_C → temperatura na escala Celsius, medida em [°C].

T_F → temperatura na escala Fahrenheit, medida em [°F].

Por exemplo, 10 ºC são 50 ºF.

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

\(\frac{10}{5} = \frac{T_F - 32}{9} \)

\(2 = \frac{T_F - 32}{9} \)

\(T_F-32=2 \cdot 9\)

\(T_F-32=18\)

\(T_F=18+32\)

\(T_F=50 °F\)

Leia também: Qual é o estado físico do fogo?

Qual a diferença entre calor e temperatura?

A primeira diferença entre o calor e a temperatura está nas suas definições, em que o calor é o fluxo de energia entre locais ou corpos e a temperatura é o nível de vibração dos átomos de um corpo.

A segunda diferença entre o calor e a temperatura está na unidade de medida. A unidade de medida do calor é o Joule e a unidade de medida da temperatura é o Kelvin.

A terceira diferença entre o calor e a temperatura está no fato de que o calor varia com o calor específico, o calor latente ou a mudança de temperatura, enquanto a temperatura, por si só, não depende dessas grandezas.

Exercícios sobre calor e temperatura

1) (Uerj) Observe na tabela os valores das temperaturas dos pontos críticos de fusão e de ebulição, respectivamente, do gelo e da água, à pressão de 1 atm, nas escalas Celsius e Kelvin.

Considere que, no intervalo de temperatura entre os pontos críticos do gelo e da água, o mercúrio em um termômetro apresenta uma dilatação linear. Nesse termômetro, o valor na escala Celsius correspondente à temperatura de 313 K é igual a:

a) 20
b) 30
c) 40
d) 60

Resolução:

Alternativa C. Converteremos a temperatura na escala Kelvin para a escala Celsius empregando a fórmula de escalas termométricas:

\(T_C=T_K-273\)

\(T_C=313-273\)

\(T_C=40 ℃\)

2) (CFT-PR) Analise as situações a seguir descritas, considerando-se o processo de transferência de calor relacionado a cada uma delas:

I – Um legume se aquece ao ser colocado dentro de uma panela com água fervente.

II – O congelador, localizado na parte superior de uma geladeira, resfria todo o interior da mesma.

III – Os componentes eletrônicos de aparelhos, em funcionamento, de uma estação espacial, transmitem calor para o espaço.

As situações I, II e III correspondem, respectivamente, aos processos de

a) condução, convecção e condução.

b) convecção, radiação e convecção.

c) condução, convecção e radiação.

d) radiação, condução e radiação.

Resolução:

Alternativa C.

I – Um legume se aquece ao ser colocado dentro de uma panela com água fervente por meio da condução, já que ele está em contato com a água quente.

II – O congelador, localizado na parte superior de uma geladeira, resfria todo o interior dela por meio da convecção térmica, já que o ar quente sobe e o ar frio desce.

III – Os componentes eletrônicos de aparelhos, em funcionamento, de uma estação espacial transmitem calor para o espaço por meio da irradiação (ou radiação) térmica, já que no espaço não temos meio.

Fontes

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Fluidos, Oscilações e Ondas, Calor (vol. 2). Editora Blucher, 2015.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Gravitação, Ondas e Termodinâmica (vol. 2). 10. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2016.