Defina temperatura. Porque sentimos diferentes temperaturas em corpos que estão obviamente à mesma temperatura (por exemplo, objetos metálicos e cerâmicos numa mesma sala)?
Passo 1
O enunciado pede para a gente:
- Definir o que é temperatura;
- Explicar por que, mesmo quando dois objetos estão à mesma temperatura do ambiente, a gente pode sentir um deles “mais frio” ou “mais quente” (por exemplo, metal vs. cerâmica).
Conteúdo da matéria: termodinâmica básica (definição de temperatura na física) e transferência de calor (condutividade térmica).
O que vamos precisar:
O que vamos precisar:
- Noção de temperatura como medida da energia cinética média das partículas;
- Conceito de fluxo de calor e condutividade térmica;
- Como isso afeta nossa sensação térmica.
Passo 2
Definindo temperatura na física:
Temperatura é a grandeza que determina se há ou não troca de calor entre dois corpos em contato. Microscopicamente, ela está ligada à energia cinética média das partículas. Em termos de física estatística, temos:
Temperatura é a grandeza que determina se há ou não troca de calor entre dois corpos em contato. Microscopicamente, ela está ligada à energia cinética média das partículas. Em termos de física estatística, temos:
onde
-
é a massa de uma partícula, -
é a velocidade quadrática média, -
é a constante de Boltzmann, -
é a temperatura.
Isso significa que quanto maior for, mais “agitadas” estão as partículas.
Passo 3
Entendendo a sensação térmica:
Quando você encosta a mão num objeto à mesma temperatura do seu corpo, a sensação que você tem depende da rapidez com que o calor é transferido entre a pele e o objeto. A lei de Fourier diz que o fluxo de calor por condução é
Quando você encosta a mão num objeto à mesma temperatura do seu corpo, a sensação que você tem depende da rapidez com que o calor é transferido entre a pele e o objeto. A lei de Fourier diz que o fluxo de calor por condução é
onde
-
é a taxa de calor que passa por área e tempo, -
é a condutividade térmica do material, -
é o gradiente de temperatura.
Seé grande, o material puxa (ou entrega) calor da sua pele mais rápido, e daí você sente “mais frio” (ou “mais quente”) mesmo que a temperatura de equilíbrio seja a mesma.
Passo 4
Aplicando aos exemplos metal vs. cerâmica:
- Metais têm condutividade térmica alta (
grande). Ao tocar um metal, ele absorve calor da sua mão rapidamente → sensação de frio intenso. - Cerâmicas têm condutividade baixa (
pequeno). Tirando calor da sua pele mais devagar, você sente quase neutro ou um leve frio, mas nada comparado ao metal.
O calor específico (quantidade de energia para mudar temperatura) também difere, mas o gatilho principal da sensação imediata é o fluxo de calor, controlado por
.
Resposta
Temperatura é a medida da energia cinética média das partículas num corpo e determina para onde o calor flui. Sentimos metais mais frios do que cerâmicas à mesma temperatura porque metais têm condutividade térmica muito maior, puxando calor da nossa pele bem mais rápido e gerando essa impressão de “frio” acentuado.