LEI ZERO DA TERMODINÂMICA – Física Enem

Vamos entender como funciona a situação de equilíbrio térmico, equação termométrica e conhecer a Lei Zero da Termodinâmica. Vamos revisar Física para arrasar no Enem!

Física Enem: Quando estudamos sobre a Termodinâmica, observamos que dois corpos estão em equilíbrio térmico, quando possuem a mesma temperatura. Mas, este conceito sobre equilíbrio térmico necessita de mais detalhes e outros comentários.

Observando a figura abaixo, temos um recipiente contendo água até à metade (recipiente azul), com temperatura de 20ºC. Dentro do recipiente (em azul) inserimos um pouco de suco de uva, à temperatura de 30ºC. Utilizando dois termômetros, conseguimos medir a temperatura de ambas as partes, água e suco, de maneira separada.

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Fonte: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/lei-zero-termodinamica.htm

 

Dessa forma, podemos verificar que a temperatura do suco está mais elevada do que a temperatura da água. Veremos também que existe um ajuste gradual destas temperaturas, pois o processo de transferência de calor não se acontece imediatamente. Portanto, depois de alguns minutos, vamos ver que ambas as partes da mistura estão com a mesma temperatura, ou seja, em equilíbrio.

De acordo com a figura, e com a observação dos dois termômetros, veremos que um corpo está em equilíbrio térmico, quando todas as suas partes estão à mesma temperatura.

A Lei Zero da Termodinâmica

Um pouco de História….
Depois que constatamos a definição de que o calor é uma forma de energia que poderia ser transformada em outra, a Termologia passou a ser chamada de Termodinâmica. Porém foi no ano de 1930 que se percebeu a necessidade, de se obter uma estrutura lógica na apresentação da Termodinâmica. Era necessário colocar outra lei antes das que já haviam sido formuladas (1º lei e 2º lei). Assim, essa nova lei recebeu o nome de Lei Zero da Termodinâmica.
Para aplicarmos esta lei, vamos considerar dois objetos A e B. Se um terceiro objeto T está em equilíbrio térmico com A e também em equilíbrio térmico com B, logo A e B estarão em equilíbrio entre si.

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Equilíbrio térmico entre os corpos A e B.

É essa lei que garante a possibilidade de usarmos um termômetro T (qualquer) para averiguar se dois corpos A e B estão em equilíbrio. Para isso, basta conferir se os dois corpos têm a mesma temperatura após o processo.

 

Equação Termométrica

G = a . T + b

 

Em um termômetro, a grandeza termométrica varia praticamente de modo uniforme com a temperatura. Portanto, com boa aproximação, podemos afirmar que a relação matemática de correspondência entre a grandeza termométrica G e a temperatura T é uma função linear, como observamos na fórmula acima.

Na equação acima, chamada de equação termométrica, os parâmetros a e b são características específicas do próprio termômetro, com a ≠ 0.

Em um termômetro clínico, por exemplo, a grandeza termométrica, será a altura da coluna. Ao substituirmos o valor da altura desta coluna nesta equação termométrica, vamos obter a temperatura correspondente.

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Fonte: https://rogeriofisica.files.wordpress.com/2010/02/catcud0wcaocpv1qcatlh4s7ca57z3adcanx632qca3gswrgcav5s842ca2o4puycasjb1m0cazr271gcai01gqnca59vfqfca1i0mhacabrciixca7elbazcary94uxca2fj0eqcatevjgq.jpg

 

 

Para te ajudar a fixar o assunto, veja esta excelente videoaula do professor Fabricio Schefer do canal Fabrisfísica, do Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=2aIs24kUx6g

 

Abaixo você tem exercícios sobre a Lei Zero da Termodinâmica, Equações Termométricas. Eles já possuem as respostas, mas eu desafio você. Tente encontrar outras formas de resolver as questões, compare as duas, verifique as diferenças e post aqui no Blog. Tenho absoluta certeza de que você irá aprender muito mais assim. Um abração e nos encontramos aqui no Blog do Enem.

EXERCÍCIOS

 

1 – (VUNESP-UNESP) Dois copos de vidro iguais, em equilíbrio térmico com a temperatura ambiente, foram guardados, um dentro do outro, conforme mostra a figura. Uma pessoa, ao tentar desencaixá-los, não obteve sucesso. Para separá-los, resolveu colocar em prática seus conhecimentos da física térmica.

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De acordo com a física térmica, o único procedimento capaz de separá-los é:

a) mergulhar o copo B em água em equilíbrio térmico com cubos de gelo e encher o copo A com água à temperatura ambiente.

b) colocar água quente (superior à temperatura ambiente) no copo A.

c) mergulhar o copo B em água gelada (inferior à temperatura ambiente) e deixar o copo A sem líquido.

d) encher o copo A com água quente (superior à temperatura ambiente) e mergulhar o copo B em água gelada (inferior à temperatura ambiente).

e) encher o copo A com água gelada (inferior à temperatura ambiente) e mergulhar o copo B em água quente (superior à temperatura ambiente).

 

2 – (UNICAMP) Um isolamento térmico eficiente é um constante desafio a ser superado para que o homem possa viver em condições extremas de temperatura. Para isso, o entendimento completo dos mecanismos de troca de calor é imprescindível. Em cada uma das situações descritas a seguir, você deve reconhecer o processo de troca de calor envolvido.

 

I. As prateleiras de uma geladeira doméstica são grades vazadas, para facilitar fluxo de energia térmica até o congelador por […]

II. O único processo de troca de calor que pode ocorrer no vácuo é por […].

II. Em uma garrafa térmica, é mantido vácuo entre as paredes duplas de vidro para evitar que o calor saia ou entre por [….].

 

Na ordem, os processos de troca de calor utilizados para preencher as lacunas corretamente são:

a) condução, convecção e radiação.

b) condução, radiação e convecção.

c) convecção, condução e radiação.

d) convecção, radiação e condução.

 

3 – (VUNESP – UNESP) Uma equipe de cientistas franceses obteve imagens em infravermelho da saída de rolhas e o consequente escape de dióxido de carbono em garrafas de champanhe que haviam sido mantidas por 24 horas a diferentes temperaturas. As figuras 1 e 2 mostram duas sequências de fotografias tiradas a intervalos de tempo iguais, usando garrafas idênticas e sob duas condições de temperatura.

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Uma equipe de cientistas franceses obteve imagens em infravermelho

As figuras permitem observar diferenças no espocar de um champanhe: a 18°C, logo no início, observa-se que o volume de CO{2} disperso na nuvem gasosa – não detectável na faixa da luz visível, mas sim do infravermelho – é muito maior do que quando a temperatura é de 4°C. Numa festa de fim de ano, os estudantes utilizaram os dados desse experimento para demonstrar a lei que diz:

 

a) Ao aumentar a temperatura de um gás, a velocidade de suas moléculas permanece constante.

b) O volume ocupado por uma amostra de gás sob pressão e temperaturas constantes é diretamente proporcional ao número de moléculas presentes.

c) O volume molar de uma substância é o volume ocupado por um mol de moléculas.

d) A pressão de uma quantidade fixa de um gás em temperatura constante é diretamente proporcional à quantidade de matéria.

e) A pressão de uma quantidade fixa de um gás em um recipiente de volume constante é diretamente proporcional à temperatura.

 

4 – (PUCC) Um dispositivo mecânico usado para medir o equivalente mecânico do calor recebe 250 J de energia mecânica e agita, por meio de pás, 100 g de água que acabam por sofrer elevação de 0,50°C de sua temperatura. Adote 1 cal = 4,2 J e c_{água} = 1,0 cal/g°C. O rendimento do dispositivo nesse processo de aquecimento é de

 

a) 16%.

b) 19%.

c) 67%.

d) 81%.

e) 84%.

 

GABARITO

1 – E              2 – D              3 – E               4 – E

Wesley Física
Os textos e imagens acima, foram elaborados, pelo Professor Wesley Oliveira, para o Blog do ENEM, Wesley é formado em Física, pela Pontifícia Universidade Católica de São Paulo, e em Matemática pela UNISA – Universidade de Santo Amaro – São Paulo. Ministra aulas de Física e Matemática em escolas de São Paulo e da grande Florianópolis desde 2000. Facebook.