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1: Temperatura e calor

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    Neste capítulo, exploramos o calor e a temperatura. Nem sempre é fácil distinguir esses termos. O calor é o fluxo de energia de um objeto para outro. Esse fluxo de energia é causado por uma diferença de temperatura. A transferência de calor pode alterar a temperatura, como pode funcionar, outro tipo de transferência de energia que é fundamental para a termodinâmica. Retornamos a essas ideias básicas várias vezes nos próximos quatro capítulos, e você verá que elas afetam tudo, desde o comportamento dos átomos e moléculas até a culinária, nosso clima na Terra e os ciclos de vida das estrelas.

    • 1.1: Prelúdio à temperatura e ao calor
      Calor e temperatura são conceitos importantes para cada um de nós, todos os dias. A forma como nos vestimos pela manhã depende de o dia estar quente ou frio, e a maior parte do que fazemos requer energia que, em última análise, vem do sol. O estudo do calor e da temperatura faz parte de uma área da física conhecida como termodinâmica. As leis da termodinâmica governam o fluxo de energia em todo o universo. Eles são estudados em todas as áreas da ciência e engenharia, da química à biologia e às ciências ambientais.
    • 1.2: Temperatura e equilíbrio térmico
      A temperatura é definida operacionalmente como a quantidade medida por um termômetro. É proporcional à energia cinética média dos átomos e moléculas em um sistema. O equilíbrio térmico ocorre quando dois corpos estão em contato um com o outro e podem trocar energia livremente. Os sistemas estão em equilíbrio térmico quando têm a mesma temperatura. A lei zero da termodinâmica afirma que quando dois sistemas, A e B, estão em equilíbrio térmico um com o outro e B está em equilíbrio térmico com um th
    • 1.3: Termômetros e escalas de temperatura
      Três tipos de termômetros são álcool, cristal líquido e radiação infravermelha (pirômetro). As três principais escalas de temperatura são Celsius, Fahrenheit e Kelvin. As temperaturas podem ser convertidas de uma escala para outra usando equações de conversão de temperatura. As três fases da água (gelo, água líquida e vapor de água) podem coexistir em uma única pressão e temperatura conhecidas como ponto triplo.
    • 1.4: Expansão térmica
      A expansão térmica é o aumento do tamanho (comprimento, área ou volume) de um corpo devido a uma mudança na temperatura, geralmente um aumento. A contração térmica é a diminuição do tamanho devido a uma mudança na temperatura, geralmente uma queda na temperatura. O estresse térmico é criado quando a expansão ou contração térmica é restrita.
    • 1.5: Transferência de calor, calor específico e calorimetria
      O calor é um tipo de transferência de energia causada por uma diferença de temperatura e pode alterar a temperatura de um objeto. Como aprendemos anteriormente neste capítulo, a transferência de calor é o movimento de energia de um local ou material para outro como resultado de uma diferença de temperatura. A transferência de calor é fundamental para atividades diárias, como aquecimento doméstico e cozimento, bem como para muitos processos industriais. Também forma uma base para os tópicos do restante deste capítulo.
    • 1.6: Mudanças de fase
      As transições de fase desempenham um importante papel teórico e prático no estudo do fluxo de calor. Na fusão (ou “fusão”), um sólido se transforma em líquido; o processo oposto é o congelamento. Na evaporação, um líquido se transforma em gás; o processo oposto é a condensação.
    • 1.7: Mecanismos de transferência de calor
      Tão interessantes quanto os efeitos da transferência de calor em um sistema são os métodos pelos quais ela ocorre. Sempre que há uma diferença de temperatura, ocorre a transferência de calor. Pode ocorrer rapidamente, como através de uma panela, ou lentamente, como através das paredes de uma caixa de gelo para piquenique. Tantos processos envolvem transferência de calor que é difícil imaginar uma situação em que nenhuma transferência de calor ocorra. No entanto, toda transferência de calor ocorre por apenas três métodos: condução, convecção e radiação.
    • 1.A: Temperatura e calor (resposta)
    • 1.E: Temperatura e calor (exercícios)
    • 1.S: Temperatura e calor (resumo)

    Miniatura: A convecção natural desempenha um papel importante na transferência de calor dentro desta panela de água. Uma vez conduzida para o interior, a transferência de calor para outras partes da panela ocorre principalmente por convecção. A água mais quente se expande, diminui em densidade e sobe para transferir calor para outras regiões da água, enquanto a água mais fria afunda para o fundo. Esse processo continua se repetindo.