Qual é a temperatura em que as escalas Celsius e Fahrenheit fornecem leituras iguais para uma mesma sensação térmica?

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O que é Termologia?

Termologia é o estudo científico dos fenômenos relacionados ao calor e à temperatura, como transferência de calor, equilíbrio térmico, transformações sofridas por gases, mudanças de estado físico, etc.

Temperatura

Temperatura é a medida do grau de agitação das partículas que constituem um corpo. A temperatura de um corpo é diretamente proporcional à velocidade com que seus átomos e moléculas vibram, rotacionam ou, até mesmo, transladam.

A temperatura é uma das grandezas fundamentais da natureza, juntamente com o metro e com o segundo, por exemplo. No sistema internacional de unidades (SI), a unidade utilizada para a medida da temperatura é o Kelvin (K). Essa escala de temperatura é considerada absoluta, pois não admite valores negativos e pode ser determinada diretamente pela vibração térmica dos átomos. Por isso, dizemos que a menor temperatura possível é o 0 K, também conhecido como zero absoluto.

Apesar da existência do Kelvin, outras escalas usuais, baseadas em outras substâncias, como Celsius e Fahrenheit, continuam sendo usadas no mundo. A figura abaixo mostra três termômetros graduados nas escalas mais comuns existentes: Celsius, Kelvin e Fahrenheit:

Escalas termométricas

As escalas termométricas são usadas para medir a temperatura a partir de alguma referência. Geralmente, tomam-se dois pontos fixos para os quais o corpo ou a substância de referência apresentaria as mesmas propriedades, como volume, densidade, condutividade ou resistência elétrica, comprimento, etc.

A escala Celsius é a termométrica mais usada no mundo. Trata-se de uma escala centígrada, isto é, apresenta 100 divisões de igual tamanho entre seus pontos fixos, 0 ºC e 100 ºC, chamados de graus. Por ser uma escala usual, admite temperaturas negativas: seu zero absoluto tem valor de aproximadamente -273,5 ºC.

Veja também: Termômetros e escalas termométricas

A escala Fahrenheit, por sua vez, é usada em poucos países, como Estados Unidos e Inglaterra. Foi desenvolvida para que o ponto de fusão da água seja igual a 32 ºF. Assim, mesmo atingindo baixas temperaturas, é improvável que se observem temperaturas negativas em países que utilizam essa escala. A temperatura de ebulição da água em Fahrenheit é de 212 ºF.

A escala Kelvin foi baseada na agitação térmica de átomos de hélio de forma que, ao atingirem o repouso total, atribui-se a esses átomos a temperatura de 0 K. Hoje em dia, sabemos que essa baixíssima temperatura é, na verdade, inalcançável.

Para convertermos valores de temperatura expressos em uma das escalas citadas acima, podemos utilizar as seguintes equações:

TK – temperatura em Kelvin
TF – temperatura em Fahrenheit
TC – temperatura em Celsius

Calor

Dizemos que calor é a energia térmica transferida entre corpos que se encontram em temperaturas diferentes, sendo, portanto, uma forma de energia. Além disso, o calor sempre transita do corpo de maior temperatura para os corpos de menor temperatura, até que se estabeleça o equilíbrio térmico.

O calor pode ser transmitido por meio de três processos:

• Condução: transmissão de calor mediante o contato de superfícies;

• Convecção: transmissão de calor em razão da formação de correntes convectivas em um fluido;

• Irradiação: transmissão de calor por ondas eletromagnéticas.

Veja também: Processos de propagação de calor

Existem apenas duas formas de calor: calor latente e calor sensível:

• Calor sensível: é a forma de calor responsável pela mudança de temperatura em um corpo. Quando um corpo recebe calor sensível, sua temperatura aumenta; quando o mesmo corpo cede calor sensível, sua temperatura cai.

• Calor latente: é a quantidade de calor que deve ser transferida para que um corpo ou uma substância mude de estado físico. Quando um corpo encontra-se na temperatura de ebulição ou de fusão, por exemplo, sua temperatura não varia, mesmo que ele continue exposto a uma fonte de calor. Não há mudanças de calor quando um corpo troca calor latente, apenas mudanças de estados físicos. Por isso, dizemos que ele recebe calor latente.

Veja também: Diferenças entre calor sensível e calor latente

Dilatação térmica

A dilatação térmica ocorre quando um corpo recebe ou cede grandes quantidades de calor. Além da mudança de temperatura ou do seu estado de agregação (estado físico), a passagem de calor para um corpo pode ocasionar mudanças em suas dimensões. A dilatação térmica depende da variação de temperatura sofrida pelo corpo, além do seu coeficiente de dilatação linear, superficial e volumétrico.

De acordo com o formato do corpo, pode-se determinar qual de suas dimensões é mais favorecida. Por exemplo, uma agulha tem formato alongado, por isso, a dilatação mais importante nesse caso é a linear. Ao todo, existem três formas de dilatação térmica:

• Dilatação linear: mudança no comprimento de um corpo. Depende do seu coeficiente de dilatação linear (α).

• Dilatação superficial: mudança sofrida pela área de um corpo. Depende do coeficiente de dilatação superficial (β).

• Dilatação volumétrica: mudança ocorrida no volume de um corpo. Depende do coeficiente de dilatação volumétrica (γ).

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Veja também: Dilatação térmica dos sólidos

Termodinâmica

A Termodinâmica é uma importante área da Termologia que estuda as relações entre calor, trabalho, temperatura e outras grandezas, como pressão, volume, etc. É responsável pelo estabelecimento de leis que regem todas as transformações que podem ser sofridas pela matéria, como a lei da conservação da energia, também conhecida como primeira lei da Termodinâmica.

Veja também: Fundamentos da Calorimetria

Conheça as leis da Termodinâmica e uma breve descrição de seu conteúdo:

• Lei zero da Termodinâmica: é a lei do equilíbrio térmico. Essa lei fala que todos os corpos tendem a trocar calor até atingirem o equilíbrio térmico.

• Primeira lei da Termodinâmica: é a lei da conservação da energia. Essa lei afirma que todo o calor recebido por um sistema durante um processo termodinâmico pode ser convertido em trabalho ou em aumento de sua energia interna.

• Segunda lei da Termodinâmica: é a lei da entropia. Essa lei afirma que todos os sistemas que recebem calor tendem a alcançar níveis cada vez menores de organização.

• Terceira lei da Termodinâmica: é a lei do zero absoluto. Essa lei nos diz que o zero absoluto é, na verdade, inatingível. Por mais frio que esteja um corpo, ele nunca estará a 0 K.

Fórmulas de Termologia

Confira algumas fórmulas de Termologia que podem ser úteis para seu estudo:

• Conversão de escalas termométricas

• Cálculo do calor sensível

  

  Q – calor sensível
  m – massa
  c – calor específico
  ΔT – variação de temperatura

• Cálculo do calor latente

Q – calor
m – massa
L – calor latente

• Dilatação térmica linear

  

  L – comprimento final
  L0 – comprimento inicial
  ΔT – variação de temperatura
  α – coeficiente de dilatação linear

• Dilatação térmica superficial

  

  S – área final
  S0 – área inicial
  ΔT – variação de temperatura
  β – coeficiente de dilatação superficial

• Dilatação térmica volumétrica

  

  V – volume final
  L0 – volume inicial
  ΔT – variação de temperatura
  γ – coeficiente de dilatação volumétrica

• Primeira lei da Termodinâmica

ΔU – variação da energia interna
Q – calor
τ - trabalho

Resumo

• Temperatura: quanto mais quente encontra-se um corpo, maior é a vibração de suas moléculas. Tal agitação é chamada de temperatura.

• Calor: quando dois corpos de temperaturas diferentes encontram-se em contato térmico, o calor é transferido do corpo de maior temperatura em direção ao corpo menos quente

• Escalas termométricas: são usadas para representar temperaturas em diferentes unidades, como Celsius e Fahrenheit.

• Dilatação térmica: quando um corpo recebe calor e sofre aumentos de temperatura, suas dimensões podem aumentar. Esse efeito é chamado de dilatação térmica.

Veja também: Qual é a diferença entre calor e temperatura?

Exercícios de Termologia

1) Um termômetro calibrado na escala Fahrenheit indica uma temperatura de 68 ºF. Qual é o valor dessa temperatura na escala Celsius?

Resolução

Para convertermos Fahrenheit em Celsius, utilizaremos a fórmula abaixo:

2) Um corpo de 10 g de calor específico igual a 1,2 cal/g ºC é submetido a uma variação de temperatura de 25 ºC. Determine a quantidade de calor transferida para esse corpo durante o processo.

Resolução

O enunciado do exercício afirma que houve variação de temperatura para esse corpo. Portanto, utilizaremos a fórmula que calcula a quantidade de calor sensível:

Tomando os dados fornecidos pelo exercício, teremos que:

3) Em um processo termodinâmico, são necessárias 500 cal para fundir um corpo de massa igual a 10 g, que se encontra no estado sólido, em sua temperatura de fusão. Determine o calor latente de fusão desse corpo.

Resolução

Para fazer o cálculo que se pede, usaremos a fórmula do calor latente:

Usando os dados que foram informados, teremos que:

4) Assinale a alternativa que apresenta o nome do processo de transmissão de calor por ondas eletromagnéticas:

a) Condução

b) Convecção

c) Transmissão

d) Irradiação

e) Dilatação

Resolução

A transmissão de calor por meio de ondas eletromagnéticas é chamada irradiação. Por meio desse processo, o Sol consegue aquecer a superfície da Terra.

5) Uma barra metálica homogênea de comprimento igual a 1,5 m é aquecida até que sua temperatura de 25 ºC atinja 150 ºC. Considerando que o coeficiente de dilatação linear dessa barra é de 1,2.10-5 ºC-¹, determine o comprimento final da barra após o aquecimento.

Resolução

O tipo de dilatação sofrida por uma barra é linear. Portanto, para calcularmos o comprimento final dessa barra, faremos o seguinte cálculo:

Por Me.Rafael Helerbrock

Qual a temperatura em que as escalas Celsius e Fahrenheit se coincidem?

Em quais temperaturas as escalas Celsius e Fahrenheit fornecem leituras iguais?

Em que temperatura as escalas de Celsius e Kelvin apresentam a mesma leitura?

Qual a relação entre relação entre as escalas termométricas Celsius Fahrenheit e Kelvin?