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Temperatura e Calor

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alexsoletto - Iscas Científicas -

TEMPERATURA E CALOR

Esse texto é baseado no livro de Robert L. Wolke, professor emérito de química da Universidade de São Pittsburg (EUA) “Lo Que Einstein  Le Contó A Su Barbeiro”.

 

Texto de Alex Soletto

 

Muito tem-se usado os termos temperatura e calor nestes tempos de mudança climática.

E muita confusão tem sido feita com esses termos. O calor é uma forma fundamental de energia. É nela que todas as outras energias, afinal, terminam. Energia de movimento, química, elétrica ou energia gravitacional. Todas essas energias quando usadas ou transformadas, tem uma quantidade desperdiçada em forma de calor. Por exemplo, quando usamos uma bateria ela aquece em função das reações quimicas em seu interior. Esse calor é perdido.

O que produz calor é o movimento desordenado das moléculas e dos átomos dentro de todas as substâncias que conhecemos na face da terra. Das rochas aos nossos corpos. O calor pode deslocar-se de um lugar para outro. Mas  um corpo com temperatura mais alta tem mais calor do que um de temperatura mais baixa? Não necessariamente. Nesta hora é que ocorrem as confusões entre os termos temperatura e calor. Vamos tentar entender. Calor é a quantidade de energia e a temperatura é uma forma de dizer o quão concentrado está o calor de um objeto. Peguemos por exemplo, uma fatia de bolo pequena de chocolate e uma outra com o dobro de tamanho da primeira. Hummm!!! Embora os dois pedaços de bolo estarem a uma mesma temperatura ambiente, digamos 20oC, a fatia maior tem o dobro de energia calorifica do que a fatia menor. O exemplo serve para qualquer substância. Um litro de água fervendo tem o dobro de calorias do que ½ litro de água fervendo, embora as duas estejam à temperatura de 100oC.

Mas para determinar a quantidade de calor usam-se escalas numéricas.

 

 

Quantidade de calor

Os números da temperatura se expressam em escalas. Celsius(do astrônomo Anders Celsius), Fahrenheit (Gabriel Fahrenheit) e Kelvin (Willian Thomson ou Lord Kelvin). Mas a quantidade de calor não pode depender de números criados pelos homens. Como resolver essa parada? Primeiramente o que devemos levar em consideração é que nenhuma destas escalas, que marcam zero na escala de temperatura, significam o “zero absoluto. Uma pedra de gelo a 0o graus Co ou 32Fahrenheit, não significa que ela esteja a zero graus reais. Há ainda muito calor abaixo destas temperaturas. Como é possível usar escalas em que seu zero não é o zero absoluto? É aqui que entra em cena o Sr. Lord Kelvin. Kelvin buscou uma escala de temperatura que tivesse zero de calor, ou -273oK – uma temperatura em que as coisas, se encontram no chamado “zero absoluto”.

Assim a água congelada à 0o Celcius significa +273o Kelvin e a água fervendo à 100oC são +373o Kelvin. O corpo humano tem em média, +310o Kelvin. A rigor não existe zero absoluto. Para isso acontecer, o movimento das moléculas e das partículas atomicas de uma substância qualquer, teria que estar absolutamente parado. E isso não é possivel. Nenhuma experiência conseguiu chegar ao zero absoluto. Chegou-se bem perto, mas não totalmente. Para isso teriamos que ter um recepiente isolante absoluto, no qual nem um átomo sequer pudesse entrar, o que é impossível.

Os cientístas, em laboratórios na Alemanha, conseguiram chegar à 38 picoKelvin ou 38 trilionésimo de 1o Kelvin durante 2 segundos.

 

Dobro de temperatura, dobro de calor?

Já li alguns textos dizendo que tal lugar está com o dobro de calor em comparação a um outro. Digamos que esse tal lugar a temperatura estivesse à 27oC. Somando-se aos 273oK – (em escala Kelvin que nos mostra a quantidade real de energia calórica) nos daria 300oK que seria a medida real de energia calórica do ar neste local. Para se dobrar a quantidade de calor de um local não basta dobrar o valor numérico da temperatura em escalas Celsius ou Fahrenheit – 54oC no exemplo – mas deveriamos elevar a temperatura – em graus Kelvin –  para 600oK! Assim concluimos que quando dobramos o valor numérico da temperatura (em escala Celsius ou Fahrenheit) de um lugar não significa que dobramos o calor (energia calórica em Kelvin)!

Dissemos que o calor fluirá de um corpo com temperatura mais alta para um de temperatura mais baixa. Essa regra é Universal. É a segunda Lei da Termodinamica que diz que “o calor não pode fluir espontaneamente de um corpo de uma temperatura menor para um outro corpo de temperatura mais alta”. É a diferença de temperatura que conta. São as diferenças de energia entre as moléculas rápidas e quentes e as mais lentas e frias que se chocam entre si e trocam energias.

 

 

Curiosidade diária

Em um ambiente normal, nossa casa por exemplo, ás vezes, temos a impressão de que ao tocarmos objetos diferentes, sentimos que alguns parecem “mais frios” do que os outros.

Na verdade acontece que todos os objetos na sua casa estão mais frios que suas mãos ou seus pés. Eles então “roubam” calor do seu corpo. Acontece que alguns tipos de materiais roubam mais calor do que outros. Roubar calor significa transportar melhor o calor. E quanto mais rápido esse calor é conduzido, mais frio vai parecer esse material. As várias substâncias tem diferentes capacidades de transmitir o calor de um material para outro (condutividade térmica). Para se ter uma idéia, se considerarmos o ar como fator 1, a madeira teria fator 6, o vidro teria o fator 30/40 e o aluminio teria fator 9.500! Concluindo; no exemplo, todos os materiais conduzem o calor melhor do que o ar.

 

 

A mais baixa e a mais alta temperatura

Se o zero absoluto é (quase) a temperatura mais baixa conseguida, existe uma temperatura mais alta possível de se conseguir? Sim existe. Quando dizemos que estamos aumentando a temperatura de um corpo, significa que estamos fornecendo mais energia calórica, para seus átomos e moléculas se moverem mais rápidamente. Se a substância é um sólido ela se tornará em um liquido. Se for um líquido se transformará em vapor. Por exemplo a velocidade dos átomos de nitrogênio em um forno à temperatura de 177oC é em média 2.300 kilómetros por hora. E se subirmos ainda mais a temperatura de um corpo  – como por exemplo, no interior de uma estrela – o que acontece? Neste caso a materia se transformará numa forma de estado chamado plasma. No plasma os elétrons são arrancados das órbitas dos átomos à altas velocidades. Mas há um limite para a velocidade destas partículas: é a velocidade da luz: 300.000k/seg.

Eisntein disse que nada pode ser mais rápido do que a velocidade da luz. Podemos chegar perto, mas nunca mais rápido. Portanto a temperatura no interior do plasma seria a temperatura mais alta possível de se conseguir. Para terminar, uma resposta para uma curiosa pergunta contida no livro. Se todos ligassem seus ar-condicionados ao mesmo tempo, seria possível resfriar o planeta? O que acham? Lembram que para esfriarmos um corpo temos que tirar calor dele? Os ar-condicionados tiram o calor do ar de um ambiente, certo? E esse calor o ar-condicionado tem que mandar para algum lugar, certo?. Mas para onde? Vai para o mesmo meio ambiente. Então na verdade teriamos um aumento de temperatura – de calor – para o planeta. E isso, acho que não é uma boa idéia para diminuir o aquecimento global.

 

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