1. O termômetro é uma aplicação direta de qual lei da termodinâmica? Explique sua resposta.

Passo 1

O enunciado pergunta qual lei da termodinâmica é a base direta para o funcionamento do termômetro e pede uma explicação. As informações implícitas que vamos usar (padrões razoáveis para este tipo de questão) são:
  • Um termômetro é um corpo que é colocado em contato térmico com outro sistema até que ambos atinjam uma condição em que não há mais troca líquida de calor.
  • Quando isso acontece, dizemos que os dois corpos estão em equilíbrio térmico (não há fluxo de calor entre eles).
  • O termômetro fornece uma leitura que associa um valor numérico a esse estado de equilíbrio (uma escala de temperatura).

Passo 2

Entendendo o conceito-chave: equilíbrio térmico. Vou definir de forma bem clara e prática.
  • Dizemos que dois corpos estão em equilíbrio térmico quando, estando em contato térmico, não há fluxo líquido de calor entre eles.
  • Em símbolos: se um corpo \;A\; em contato com um corpo \;B\; não troca calor com ele, então \;A e \;B estão em equilíbrio térmico.
  • Uma propriedade muito importante (fundamental) que surge dessa ideia é a transitividade do equilíbrio térmico: se \;A está em equilíbrio térmico com \;B e \;B está em equilíbrio térmico com \;C, então \;A está em equilíbrio térmico com \;C.
  • Essa transitividade justifica a existência de uma grandeza que caracteriza o estado térmico de um corpo — a temperatura \;T\; — de modo que “mesma temperatura” é equivalente a “estar em equilíbrio térmico”.

Passo 3

Ligando o conceito ao termômetro (como o aparelho funciona, passo a passo prático):
  • Imagine o termômetro como um corpo \;B\; que você coloca em contato com o sistema que quer medir, chamado \;A.
  • Enquanto há diferença de estado térmico entre \;A e \;B, haverá troca de calor entre eles e alguma propriedade do termômetro (por exemplo, altura de mercúrio, resistência elétrica, voltagem termopar) muda.
  • Após um tempo suficiente, chegam ao ponto em que não existe mais fluxo de calor: \;A e \;B estão em equilíbrio térmico. Nesse instante a propriedade do termômetro estabiliza.
  • Pela transitividade do equilíbrio térmico (ver passo anterior), se esse mesmo termômetro \;B colocado em equilíbrio com outro corpo \;C dá a mesma leitura, então \;A e \;C têm a mesma temperatura sem que eles tenham sido colocados em contato direto.
  • Portanto o princípio que permite usar um termômetro para definir e comparar temperaturas é exatamente essa propriedade de equilíbrio térmico transitivo: o termômetro atua como um “intermediário” confiável.

Passo 4

Como se traduz isso numa resposta de prova (explicação conceitual clara e curta que você pode escrever):
  • Primeiro, defina equilíbrio térmico: “dois corpos em contato térmico que não trocam calor.”
  • Depois, escreva a propriedade transitiva: “se \;A está em equilíbrio térmico com \;B e \;B com \;C, então \;A está em equilíbrio térmico com \;C.”
  • Explique rapidamente o papel do termômetro: “o termômetro é o corpo \;B que entra em equilíbrio com o sistema \;A; quando estabiliza, a leitura do termômetro é a temperatura de \;A.”
  • Conclua: essa propriedade permite comparar temperaturas entre corpos diferentes mesmo sem colocá-los em contato direto.

Passo 5

Breve distinção para não confundir na prova (por que não outras leis):
  • A Primeira Lei (conservação de energia) fala de energia interna e balanço energético, mas não garante que exista uma grandeza que compare estados térmicos de corpos diferentes.
  • A Segunda Lei trata da direção natural dos processos térmicos e da entropia — importante, mas não é o princípio que define a medida comparável chamada temperatura.
  • A Terceira Lei fala do comportamento próximo ao zero absoluto — também não é a base para a operação cotidiana de um termômetro.
  • O princípio essencial para o termômetro é a transitividade do equilíbrio térmico descrita no passo 2.

Resposta

Lei zero da termodinâmica

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