4 { }^{\text {a }} ) Na segunda metade do século XVIII, Joseph Black apresentou, com seus estudos, a distinção entre os conceitos de calor e temperatura. Verificou que quando se mistura água quente com água fria não é a temperatura que passa da água quente para a fria, é sim o calor. Sobre esses conceitos é correto afirmar que
a) calor é uma forma de energia que se atribui somente aos corpos quentes.
b) temperatura é energia térmica trocada entre corpos em equilíbrio térmico.
c) dois corpos com massas iguais apresentam quantidades de calor iguais.
d) dois corpos em equilíbrio térmico apresentam a mesma temperatura.

Passo 1

O enunciado lembra a distinção feita por Joseph Black entre calor e temperatura e dá o exemplo: ao misturar água quente com água fria não é a temperatura que “passa” de um corpo para outro, e sim o calor. A pergunta pede: entre as alternativas abaixo, qual é a correta?
a) calor é uma forma de energia que se atribui somente aos corpos quentes.
b) temperatura é energia térmica trocada entre corpos em equilíbrio térmico.
c) dois corpos com massas iguais apresentam quantidades de calor iguais.
d) dois corpos em equilíbrio térmico apresentam a mesma temperatura.

Passo 2

Entender bem as definições básicas (explicação didática e passo a passo).
  • O que é calor?
    Calor é energia transferida entre sistemas ou corpos devido a uma diferença de temperatura. É um processo, não uma propriedade do corpo. Em notação comum, quando um corpo recebe calor usa-se Q>0 e quando cede calor Q<0. Portanto calor = energia em trânsito causada por diferença de temperatura.
  • O que é temperatura?
    Temperatura é uma propriedade intensiva de um corpo que mede o “grau de agitação” microscópica média das partículas (na física clássica, está relacionada à energia cinética média por grau de liberdade). Temperaturase define como a grandeza que determina a direção do fluxo de calor: calor flui do corpo com maior temperatura para o de menor temperatura até o equilíbrio.
  • Equilíbrio térmico (conceito importante):
    Dois corpos estão em equilíbrio térmico quando não há troca líquida de calor entre eles. Nesse caso têm a mesma temperatura — essa é a forma prática do chamado princípio zeroth da termodinâmica.

Passo 3

Análise da alternativa (a).
  • Alternativa (a): “calor é uma forma de energia que se atribui somente aos corpos quentes.”
    Por que é falsa: calor não é algo que “se atribui” permanentemente a um corpo; é energia em trânsito entre corpos devido à diferença de temperatura. Além disso, corpos que neste momento estão cedendo calor (os mais quentes) têm fluxo de calor saindo, mas o conceito de calor não é exclusivo de “corpos quentes” — calor descreve a transferência em ambos os sentidos dependendo da diferença de temperatura. Logo (a) está errada.

Passo 4

Análise da alternativa (b).
  • Alternativa (b): “temperatura é energia térmica trocada entre corpos em equilíbrio térmico.”
    Por que é falsa: temperatura não é energia trocada. Temperatura é uma propriedade (uma medida), enquanto a troca de energia térmica entre corpos é justamente o calor Q. Além disso, se os corpos estão em equilíbrio térmico, por definição não há troca líquida de calor entre eles. Portanto dizer que temperatura é a energia trocada em equilíbrio é contraditório. Logo (b) está errada.

Passo 5

Análise da alternativa (c).
  • Alternativa (c): “dois corpos com massas iguais apresentam quantidades de calor iguais.”
    Por que é falsa: a quantidade de calor associada a um corpo (por exemplo, ao aquecer ou resfriar) depende não só da massa m mas também da variação de temperatura \Delta T e da capacidade calorífica/ calor específico c do material. A relação básica para calor absorvido/cedido em aquecimento simples é Q = m\,c\,\Delta T.Dois corpos com a mesma massa podem ter calores diferentes se tiverem diferentes c ou \Delta T. Exemplo rápido: duas massas iguais de água e alumínio, aquecidas pela mesma \Delta T, trocam quantidades de calor diferentes porque os calores específicos são diferentes. Portanto (c) está errada.

Passo 6

Análise da alternativa (d) e conclusão.
  • Alternativa (d): “dois corpos em equilíbrio térmico apresentam a mesma temperatura.”
    Esta é a definição prática de equilíbrio térmico: quando não há fluxo de calor entre dois corpos que estão em contato térmico, eles têm a mesma temperatura. É exatamente o enunciado do princípio zeroth da termodinâmica, que permite usar a temperatura como indicador de equilíbrio térmico. Logo (d) está correta.

Resposta

d)

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