320 (MACK-SP) O célebre físico irlandês William Thomsom, que ficou mundialmente conhecido pelo título de lorde Kelvin, entre tantos trabalhos que desenvolveu “criou” a escala termométrica absoluta. Essa escala, conhecida por escala Kelvin, consequentemente não admite valores negativos, e, para tanto, estabeleceu como zero o estado de repouso molecular. Conceitualmente sua colocação é consistente, pois a temperatura de um corpo se refere à medida:
a) da quantidade de movimento das moléculas do corpo
b) da quantidade de calor do corpo
c) da energia térmica associada ao corpo
d) da energia cinética das moléculas do corpo
e) do grau de agitação das moléculas do corpo
a) da quantidade de movimento das moléculas do corpo
b) da quantidade de calor do corpo
c) da energia térmica associada ao corpo
d) da energia cinética das moléculas do corpo
e) do grau de agitação das moléculas do corpo
Passo 1
O enunciado descreve a criação da escala Kelvin e pergunta conceitualmente o que a temperatura de um corpo mede. As alternativas oferecidas são:
a) da quantidade de movimento das moléculas do corpo
b) da quantidade de calor do corpo
c) da energia térmica associada ao corpo
d) da energia cinética das moléculas do corpo
e) do grau de agitação das moléculas do corpo
a) da quantidade de movimento das moléculas do corpo
b) da quantidade de calor do corpo
c) da energia térmica associada ao corpo
d) da energia cinética das moléculas do corpo
e) do grau de agitação das moléculas do corpo
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que, na física, chamamos de temperatura de forma clara e simples. Temperatura é uma medida relacionada à energia cinética média das partículas (átomos ou moléculas) que compõem um corpo — isto é, está ligada à velocidade média ao quadrado das partículas. Para um gás ideal monoatômico a relação é dada pela fórmula
onde:
-
é a massa de uma partícula (átomo ou molécula), -
é a velocidade quadrática média (média de sobre todas as partículas), -
é a constante de Boltzmann, -
é a temperatura absoluta (em Kelvin).
Essa fórmula mostra queé proporcional à energia cinética média por partícula.
Agora explico a diferença entre alguns conceitos que aparecem nas alternativas:
- Calor: é energia em trânsito — energia que passa de um corpo para outro por diferença de temperatura. Não é uma propriedade intrínseca do corpo.
- Energia térmica (energia interna): é a soma das energias microscopicamente associadas ao corpo (energia cinética das partículas + energia potencial entre elas). Depende da quantidade de substância (massa) e das interações.
- Temperatura: indica a energia cinética média por partícula (ou por grau de liberdade). Dois corpos podem ter a mesma temperatura e energias térmicas diferentes se tiverem massas diferentes.
Passo 3
Analiso a alternativa (a): “quantidade de movimento das moléculas do corpo”. Em física, “quantidade de movimento” refere-se a momento linear (momentum),
, que é uma grandeza vetorial e não corresponde ao que a temperatura mede. A temperatura está ligada à energia média (proporcional a
), não ao somatório vetorial de momentos. Portanto (a) está incorreta.
Passo 4
Analiso a alternativa (b): “quantidade de calor do corpo”. Como expliquei, calor é energia transferida entre sistemas, não uma propriedade estática do corpo. A temperatura não é “quantidade de calor”. Logo (b) está incorreta.
Passo 5
Analiso a alternativa (c): “energia térmica associada ao corpo”. A energia térmica (energia interna) inclui toda a energia microscópica do sistema e depende da massa e do tipo de substância. A temperatura está relacionada, mas não é igual à energia térmica total — por exemplo, dois corpos com a mesma temperatura podem ter energias térmicas muito diferentes se tiverem massas diferentes. Assim, (c) é imprecisa e não é a melhor definição.
Passo 6
Analiso a alternativa (d): “energia cinética das moléculas do corpo”. Esta alternativa diz, de forma direta e precisa, que a temperatura está associada à energia cinética das moléculas. Pela teoria cinética (e pela equação do passo 2), a temperatura é proporcional à energia cinética média por partícula. Essa é a definição correta e precisa no contexto clássico/termodinâmico usado para justificar a escala Kelvin. Portanto (d) está correta.
Passo 7
Analiso a alternativa (e): “do grau de agitação das moléculas do corpo”. Essa frase é uma forma informal e intuitiva de dizer a mesma coisa que (d): mais agitação = partículas se movendo mais rápido = maior energia cinética média = maior temperatura. Contudo, em um exame que exige precisão conceitual, a alternativa (d) — que nomeia explicitamente “energia cinética” — é a resposta técnica correta. A (e) é próxima, mas menos precisa.
Resposta
(d)