Termologia

A Termologia é um ramo da Física que estuda o calor e a temperatura, sendo subdividida em  Termometria, Calorimetria e Termodinâmica. Alguns conceitos estudados na Termologia são escalas termométricas, dilatação térmica, transmissão de calor, leis da Termodinâmica e entropia.

Leia também: Afinal, o que a Física estuda?

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre a Termologia
• 2 - O que é Termologia?
• 3 - O que a Termologia estuda?
  • → Termometria
  • → Calorimetria
  • → Termodinâmica
• 4 - Fórmulas da Termologia
  • → Escalas termométricas
  • → Variação de temperatura
  • → Calor latente
  • → Calor sensível
  • → Capacidade térmica
  • → Calor específico
  • → Coeficiente de dilatação superficial e linear
  • → Coeficiente de dilatação volumétrica e linear
  • → Dilatação linear
  • → Dilatação superficial
  • → Dilatação volumétrica
  • → Primeira lei da Termodinâmica
• 5 - Termologia no dia a dia
• 6 - Termologia no Enem
• 7 - Exercícios resolvidos sobre Termologia

Resumo sobre a Termologia

• A Termologia é uma área da Física que estuda a Termometria, Calorimetria e Termodinâmica.
• Existem diversas fórmulas usadas na Termologia, como a da dilatação térmica, a da quantidade de calor, as das escalas termométricas e várias outras.
• Em todas as situações do dia a dia podemos encontrar a Termologia.
• Calorimetria e Termodinâmica são as áreas da Termologia que mais caem no Enem.

O que é Termologia?

A Termologia é uma das cinco áreas da Física clássica, e tem como objetos de estudo o calor, a temperatura e os fenômenos relacionados a eles. O estudo da Termologia ocorre desde o Egito e a Grécia Antiga, sendo estudado, usado e aprimorado até os dias atuais.

O que a Termologia estuda?

A Termologia estuda a Termometria, a Calorimetria e a Termodinâmica. Abaixo, temos os conceitos de alguns assuntos estudados em cada uma dessas áreas.

→ Termometria

Os assuntos estudados na Termometria são a temperatura e as escalas termométricas.

• Temperatura: grau de agitação das moléculas de um corpo.
• Escalas termométricas: mudança da unidade de medida da temperatura que pode ser para Celsius, Fahrenheit e Kelvin.

→ Calorimetria

Os assuntos estudados na Calorimetria são o calor, a transmissão de calor, as formas de calor e a dilatação térmica.

• Calor: energia transmitida entre um corpo de maior temperatura e um corpo de menor temperatura, até o seu equilíbrio térmico.
• Transmissão de calor: as formas de transmissão de calor são por condução, que ocorre por meio da agitação ou colisão das moléculas, movimento dos elétrons livres; por convecção, que ocorre pelo movimento do fluido devido à variação da temperatura; ou por irradiação, que ocorre pelas ondas eletromagnéticas.
• Formas de calor: são calor sensível, quando a temperatura do corpo muda sem variar seu estado físico, ou calor latente, quando ele muda o seu estado físico sem variar sua temperatura.
• Dilatação térmica: aumento do comprimento, largura e ou altura de um corpo devido ao aumento da temperatura.

Para saber mais sobre a Calorimetria, clique aqui.

→ Termodinâmica

Os assuntos estudados na Termodinâmica são a lei zero, primeira lei, segunda lei e terceira lei da Termodinâmica.

• Lei zero da Termodinâmica: sobre o equilíbrio térmico entre os corpos.
• Primeira lei da Termodinâmica: sobre a conservação de energia em sistemas termodinâmicos.
• Segunda lei da Termodinâmica: sobre as máquinas térmicas, refrigeradores e entropia de um sistema termodinâmico.
• Terceira lei da Termodinâmica: sobre o zero absoluto.

Para saber mais sobre a Termodinâmica, clique aqui.

Fórmulas da Termologia

→ Escalas termométricas

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

• 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].

→ Variação de temperatura

\(∆T=T_f-T_i\)

• ∆T  → variação de temperatura, medida em Celsius [°C] ou Fahrenheit [°F ] ou Kelvin [K].
• T_f  → temperatura final, medida em Celsius [°C] ou Fahrenheit [°F ] ou Kelvin [K].
• T_i  → temperatura inicial, medida em Celsius [°C] ou Fahrenheit [°F ] ou Kelvin [K].

→ Calor latente

\(Q=m \cdot L\)

• 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

\(Q = m \cdot c \cdot \Delta T \)

• 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].

→ Capacidade térmica

\(C = c \cdot m = \frac{Q}{\Delta T} \)

• c  → calor específico, medido em [J/kg ∙ K] ou [cal/g ∙ °C].
• C  → capacidade térmica, medida em [J/K] ou [cal/°C].
• m  → massa, medida em quilograma [kg]  ou gramas [g].
• Q  → quantidade de calor, medida em Joule [J] ou calorias [cal].
• ∆T  → variação de temperatura, medida em Kelvin [K] ou Celsius [°C].

→ Calor específico

\(c = \frac{Q}{m \ \cdot \ \Delta T} \)

• c  → calor específico, medido em [J/(kg ∙ K)]  ou [cal/g ∙ °C].
• Q  → quantidade de calor, medida em Joule [J]  ou calorias [cal].
• m  → massa, medida em quilograma [kg]  ou gramas [g].
• ∆T  → variação de temperatura, medida em Kelvin [K]  ou Celsius [°C].

→ Coeficiente de dilatação superficial e linear

\(β=2 \cdot α\)

• β  →  coeficiente de dilatação superficial, medido em [°C^-1] ou [°K^-1].
• α  →  coeficiente de dilatação linear, medido em [°C^-1] ou [°K^-1].

→ Coeficiente de dilatação volumétrica e linear

\(γ=3 \cdot α\)

• γ  → coeficiente de dilatação volumétrica, medido em [°C^-1] ou [°K^-1] .
• α  →  coeficiente de dilatação linear, medido em [°C^-1]  ou [°K^-1].

→ Dilatação linear

\(\Delta L = L_0 \cdot \alpha \cdot \Delta T\)

• ∆L  → variação do comprimento dilatado, medida em metros [m].
• L_O  → comprimento inicial, medido em metros [m].
• α  → coeficiente de dilatação volumétrica, medido em [°C^-1]  ou [°K^-1].
• ∆T  → variação de temperatura, medida em Celsius [°C]  ou Kelvin [°K].

→ Dilatação superficial

\(\Delta A = A_0 \cdot \beta \cdot \Delta T \)

• ∆A  → variação da área dilatada, medida em metros quadrados [m²].
• A_O  → área inicial, medida metros quadrados [m²].
• β  → coeficiente de dilatação superficial, medido em [°C^-1]  ou [°K^-1].
• ∆T  → variação de temperatura, medida em Celsius [°C]  ou Kelvin [°K].

→ Dilatação volumétrica

\(\Delta V = V_0 \cdot \gamma \cdot \Delta T \)

• ∆V  → variação do volume dilatado, medida em litros [ l ] ou metros cúbicos [m³].
• V_O  → volume inicial, medido em litros [ l ] ou metros cúbicos [m³].
• γ  → coeficiente de dilatação volumétrica, medido em [°C^-1]  ou [°K^-1].
• ∆T  → variação de temperatura, medida em Celsius [°C]  ou Kelvin [°K].

→ Primeira lei da Termodinâmica

\(∆U=Q-W\)

• ∆U  → variação da energia interna, medida em Joule [J].
• Q  → quantidade de calor, medida em Joule [J] ou calorias [cal].
• W → trabalho, medido em Joule [J].

Acesse também: Quais são as principais fórmulas de Física?

Termologia no dia a dia

A Termologia é encontrada em todas as situações do cotidiano, abaixo estão descritos alguns exemplos:

• Termometria: medição da temperatura; transformação das escalas de temperatura; fluxo de calor entre corpos.
• Calorimetria: dilatação e contração dos corpos; transmissão de calor para a Terra ou entre corpos; mudança de fase dos sólidos e fluidos.
• Termodinâmica: equilíbrio térmico; conservação de energia em sistemas termodinâmicos; funcionamento de máquinas térmicas e refrigeradores; entropia na compreensão do Universo.

Termologia no Enem

A Termologia é um dos assuntos de Física mais cobrados no Enem, principalmente as áreas de Calorimetria e Termodinâmica. Podemos ter questões sobre a sua teoria que envolvem aspectos conceituais com ou sem a necessidade de realização de cálculos, sendo essa a forma menos cobrada; ou podemos ter questões a respeito da sua prática que envolvem charges ou histórias fictícias do cotidiano a fim de que o estudante realize uma breve análise baseando-se nos seus conhecimentos sobre a Termologia.

Exercícios resolvidos sobre Termologia

Questão 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 sua fórmula:

\(T_C=T_K-273\)

\(T_C=313-273\)

\(T_C=40 ℃\)

Questão 2

(UFPR) Para aquecer 500 g  de certa substância de 20 ºC para 70 ºC, foram necessárias 4000 calorias. A capacidade térmica e o calor específico valem respectivamente:

A) 8 cal/ ºC e 0,08 \(\frac{\text{cal}}{\text{g} \cdot {}^\circ\text{C}} \)

B) 80 cal/ ºC e 0,16 \(\frac{\text{cal}}{\text{g} \cdot {}^\circ\text{C}} \) 

C) 90 cal/ ºC e 0,09 \(\frac{\text{cal}}{\text{g} \cdot {}^\circ\text{C}} \) 

D) 95 cal/ ºC e 0,15 \(\frac{\text{cal}}{\text{g} \cdot {}^\circ\text{C}} \) 

E) 120 cal/ ºC e 0,12 \(\frac{\text{cal}}{\text{g} \cdot {}^\circ\text{C}} \) 

Resolução:

Alternativa B.

Calcularemos a capacidade térmica empregando a fórmula que a relaciona ao calor e à variação de temperatura:

\(C = \frac{Q}{\Delta T} \)

\(C = \frac{4000}{70 - 20} \)

\(C = \frac{4000 \, \text{cal}}{50} \)

\(C=80 cal/°C\)

Por fim, calcularemos o calor específico por meio da sua fórmula:

\(c = \frac{Q}{m \ \cdot \ \Delta T} \)

\(c = \frac{4000}{500 \ \cdot \ 50} \)

\(c = \frac{4000}{25.000} \)

\(c = 0{,}16 \, \frac{\text{cal}}{\text{g} \cdot {}^\circ\text{C}} \)

Fontes

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

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