Energia térmica: o que é e sua relação com calor e temperatura

O que é calor? Qual a diferença entre calor e temperatura? O que é caloria? Qual a relação entre caloria e joule? Quais são os estados de agregação da matéria?

Nessa aula você irá rever tudo sobre calor e energia térmica. Saberá diferenciar calor de temperatura e entenderá porque é medido em caloria e Joule. Você também irá rever o conceito de equilíbrio térmico e o que acontece com os estados da matéria quando recebem energia após um certo limite. Revise energia com esta aula de física para mandar bem no Enem e nos vestibulares!

Energia térmica

Imagine que você está em uma minúscula nave entrando no corpo humano. Você verá muitos órgãos, e olhando somente para um, verá que é formado por tecidos. Olhando mais de perto, verá as células e, chegando mais perto ainda, verá as moléculas. As moléculas, essas pequeníssimas partes que constituem toda a matéria, inclusive nosso corpo, é o que nos interessam nesta aula.

As moléculas constituintes não só dos tecidos, mas de todo matéria existente estão sempre em movimento. Esse movimento é denominado agitação térmica. A energia associada a esse movimento recebe o nome de energia térmica.

Essa energia pode variar para mais ou para menos. Por exemplo: se você coloca um pouco de água no fogo, observará que ela esquenta. Nesse caso, suas moléculas ficam mais agitadas. Ao passo que ao colocar algumas pedras de gelo nela, verás que ela esfria. Nesse momento, elas ficarão menos agitadas.

Podemos concluir que a energia térmica de um corpo se transferiu para outro, no caso do fogo para a água. Ou, da água para o gelo. Quando a água esquentou, ela recebeu energia ao passo que, quando esfriou, ela cedeu energia para o gelo.

O esquenta e esfria são apenas sensações de nosso tato e não grandezas físicas passiveis de serem analisadas e quantificadas. Por isso, temos que ter cuidado ao observá-las. Na verdade, o que está ocorrendo é uma transferência de calor.

O que é calor?

Podemos definir calor como uma forma de energia, melhor ainda, energia em trânsito, pois sempre está se movimentando.

A medida da quantidade de calor trocada entre corpos é também uma medida de energia. Por essa razão a unidade de medida de quantidade de calor no Sistema Internacional é o Joule (J).

Entretanto, também encontramos ela sendo medida como caloria (cal). É muito importante você saber a relação de equivalência entre essas duas medidas pois é muito requisitada em vestibulares.

1 cal = 4,1868 J

Temperatura

Analisando o que acontece com a água enquanto recebe calor e não muda de fase, observamos que sua temperatura aumenta, pois, as moléculas aumentam seu movimento. E, quando perde energia, suas moléculas diminuem esse movimento, então sua temperatura diminui.

Então, podemos definir temperatura como o grau de agitação dessas moléculas.

Equilíbrio térmico

Essa transferência de energia entre dois ou mais corpos acontece até que eles estejam na mesma temperatura, ou seja, suas moléculas estiverem no mesmo grau de agitação.

Quando esse grau comum for alcançado não haverá mais troca de energia térmica. Esse estado é denominado equilíbrio térmico.

Agora, vejamos como esse grau de agitação das moléculas caracteriza os estados da matéria.

Grau de agitação térmica e estados físicos da matéria

Temos os estados sólido, líquido e gasoso. Em geral, todos os materiais que nos rodeiam se encontram em um desses estados.

A matéria no estado sólido possui volume e forma bem definida. No estado líquido, a matéria não tem forma e assume aquela do recipiente que o contém, mas possui volume definido. Já no estado de gás ou vapor (deixamos para falar a respeito da diferença entre eles em outro post), a matéria não possui forma definida, porém, ocupa totalmente aquela do recipiente que o contém. Portanto não possui também volume definido.

Para concluir, dizemos que a força de coesão existente entre as moléculas age oposta ao seu movimento.

Se a força de coesão é grande, temos o estado sólido, pois a agitação de moléculas nesse estado é pequena.
Se a força de coesão é média, temos o estado líquido, uma vez que há movimentação razoável, porém limitada.
Se a força de coesão é pequena, temos o estado gasoso, com movimentação muito intensa. Por essa razão, os gases se difundem por todo o espaço em que se encontram.

Mudanças de fase

A mudança de um estado para outro da matéria depende da quantidade de energia que se ganha ou que se perde. Por exemplo, a água em sua forma líquida, quando muito aquecida, muda de fase, virando vapor.

Acompanhe no esquema abaixo os nomes das mudanças de fase:

Sublimação: Do sólido para o gasoso. Exemplo: Naftalina
Fusão: Sólido para líquido
Vaporização: Líquido para gasoso
Condensação: Gasoso para líquido
Solidificação: Líquido para sólido.

Vale lembrar que evaporação e ebulição são formas para se conseguir a vaporização.

Videoaula

Para aprofundar seus estudos, confira a aula do prof. Tonho no nosso canal:

Exercícios sobre energia térmica

Agora resolva 10 exercícios sobre energia térmica e continue estudando:

Sobre o(a) autor(a):

Rodinei Pachani é mestre em Geofísica pela USP-SP, com licenciatura plena em matemática, possui pós-graduação em Gerência Financeira e especialização em Estatística Aplicada. Possui experiência de mais de 28 anos em sala de aula, tendo trabalhado com ensino médio, cursinhos e Faculdades. É autor do livro “Ciência ao alcance de todos” e possui um canal no YouTube onde realiza experimentos, explica conteúdos e resolve exercícios de física.

O que é energia térmica e sua relação com calor e temperatura

O que é calor? Qual a diferença entre calor e temperatura? O que é caloria? Qual a relação entre caloria e joule? Quais são os estados de agregação da matéria?