Capítulo 02/02 - Temperatura e calor.

 Neste capítulo trataremos de duas grandezas fundamentais da Física: Temperatura e calor.

Os átomos, ou moléculas, dos materiais não estão isolados. Eles estão em constante interação com o meio. Em certas situações absorvem, em outras  emitem energia.

Esta energia, na forma de energia potencial e cinética, se traduz numa intensa agitação em torno das suas posições, no caso dos sólidos, e num constante movimento, no caso dos líquidos e gases. 

Ao somatório desta energia de vibração e movimento de cada átomo ou molécula chamamos de Energia interna do corpo. Veja aqui a definição deste conceito.

Temperatura

Podemos entender a Temperatura de um corpo como uma medida da agitação dos seus átomos. Logo, a temperatura esta relacionada com a energia interna mas não é energia. 

Por exemplo, considere uma piscina e um balde cheio de água que alguém acabou de retirar de dentro dela. A água do balde e da piscina têm a mesma temperatura mas, é claro, a energia interna da água da piscina é muito maior que a da água no balde.

Para um mesmo corpo temos que: Quanto maior a sua energia interna tanto maior a sua temperatura.

A temperatura de um corpo é medida em três escalas. As escalas Celsius, recomendada para o uso diário pelo Sistema Internacional de Unidades  e a Escala Kelvin, a escala oficial da ciência. 

A temperatura é medida em Kelvin ( no SI). Existe ainda a escala Fahrenheit, muito usada nos países de língua inglesa. Faça aqui um exercício de transformação de uma medida na escala Celsius para Fahrenheit e vice-versa.

 Calor

Esta grandeza chamada calor já  foi entendida pela ciência de várias maneiras. Todas foram sendo superadas com o tempo. Por exemplo, o calor já foi entendido como sendo uma substância material. Esta substância foi chamada de calórico.

O calórico tinha a propriedade de fluir de um corpo para outro  quando existe diferença de temperatura entre eles. O movimento é sempre do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura. O fluxo se mantém até a temperatura se igualar. Até hoje é comum as pessoas pensarem no calor como "alguma coisa"que sai do corpo quente e entra no corpo mais frio. Isto está errado.

Nosso entendimento atual é do calor como energia. Um corpo de temperatura maior perde energia interna para um corpo de temperatura menor. Esta energia em movimento chamamos de calor. O fluxo se mantém até as temperaturas se igualarem. Neste ponto não existe mais calor. Existe energia interna.

A Energia Interna de um corpo varia quando quando ele recebe ou realiza Trabalho ou quando dá ou recebe calor. A Lei que rege essas transferências é a Primeira Lei da Termodinâmica. 

Umas das experiências cruciais para o estabelecimento do calor como energia foram as experiências realizadas por Joule que levaram ao estabelecimento do equivalente mecânico do calor, isto é, Joule obteve calor a partir do trabalho mecânico. Veja um vídeo sobre a experiência aqui . 

Atualmente entendemos o calor como energia em trânsito de um corpo para outro devido a diferença de temperatura entre eles. Podemos medir a quantidade de calor que flui de um corpo para outro. Ela é proporcional à massa do corpo e à diferença de temperatura entre eles. É medida pela seguinte função matemática.

A grandeza que, no cálculo da quantidade de calor, dá conta do tipo de material é chamada calor específico. Veja a definição aqui.

Como o calor é transmitido.

O calor é transmitido de um corpo ao outro de três maneiras. Condução, convecção e irradiação.  A transmissão por irradiação se dá por meio de ondas eletromagnéticas chamadas "ondas infravermelhas". Você pode ter uma ideia do que são essas ondas vendo o vídeo aqui.

Os  estados de agregação da matéria

Os corpos materiais estão em três estados básicos de agregação dos seus átomos ou moléculas. Esses estados são: sólido, líquido e gasoso. Veja aqui um vídeo sobre as características de cada um deles.

Ao receber energia na forma de calor os corpos podem mudar o seu estado, isto é, podem mudar de fase. Veja aqui como isto se dá. A água, por exemplo, passa para o estado de vapor quando recebe energia na forma de calor e está à temperatura de 100 graus Celsius uma pressão de 01 atmosfera. Nesta transição os corpos absorvem ou emitem calor mas não mudam a sua temperatura durante o processo.