{"id":70173,"date":"2023-10-20T12:00:00","date_gmt":"2023-10-20T15:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ufrgs.br\/amlef\/?p=70173"},"modified":"2023-12-11T17:31:07","modified_gmt":"2023-12-11T20:31:07","slug":"a-lei-zero-da-termodinamica-definindo-temperatura","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ufrgs.br\/amlef\/2023\/10\/20\/a-lei-zero-da-termodinamica-definindo-temperatura\/","title":{"rendered":"Termodin\u00e2mica: Lei Zero \u2014 definindo Temperatura"},"content":{"rendered":"\n
Figura 1. \u00cdcones de pre\u00advi\u00ads\u00e3o do tempo. <\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Antes de come\u00e7ar esse artigo, vou lhe fazer um desafio, neste exato momento, sem colar, me diga: qual a tem\u00adpe\u00adra\u00adtura que est\u00e1 fazendo na sua cidade?
Feito? Quais fatores voc\u00ea usou para dar esse chute? Fez alguma com\u00adpa\u00adra\u00ad\u00e7\u00e3o? Pensou que est\u00e1 mais quente agora do que estava hoje de manh\u00e3 ou algo assim?
Essas per\u00adgun\u00adtas podem parecer bobas, mas vamos manter esses ques\u00adti\u00ado\u00adna\u00admen\u00adtos em mente enquanto pen\u00adsa\u00admos sobre Temperatura.<\/p>\n\n\n\n

Os problemas da medida de Temperatura<\/h2>\n\n\n\n

Vamos dar um passo atr\u00e1s em uma parte que (sin\u00adce\u00adra\u00admente) \u00e9 um tanto confusa: o con\u00adceito de Tem\u00adpe\u00adra\u00adtura. Se formos definir em termos t\u00e9c\u00adni\u00adcos, a tem\u00adpe\u00adra\u00adtura \u00e9 \u201cum par\u00e2\u00adme\u00adtro f\u00edsico pro\u00adpor\u00adci\u00ado\u00adnal \u00e0 energia t\u00e9rmica do sistema\u201d. Isso \u00e9 bas\u00adtante abs\u00adtrato, n\u00e3o con\u00adcorda? Mas como um con\u00adceito t\u00e3o usual, que ouvimos o tempo todo, pode ser t\u00e3o complexo?<\/p>\n\n\n\n

Essa com\u00adple\u00adxi\u00addade se deve ao fato da tem\u00adpe\u00adra\u00adtura ser algo de dif\u00edcil medi\u00e7\u00e3o, prin\u00adci\u00adpal\u00admente se con\u00adsi\u00adde\u00adrar\u00admos os nossos sen\u00adti\u00addos como par\u00e2\u00adme\u00adtro. Para exem\u00adpli\u00adfi\u00adcar, no texto Ter\u00admo\u00addi\u00adn\u00e2\u00admica: para onde vai o Calor?<\/a><\/strong> fizemos uma pro\u00adposta de expe\u00adri\u00admento envol\u00advendo tr\u00eas reci\u00adpi\u00aden\u00adtes com \u00e1gua em dife\u00adren\u00adtes tem\u00adpe\u00adra\u00adtu\u00adras. Nele \u00e9 pos\u00ads\u00ed\u00advel notar algo inte\u00adres\u00adsante a res\u00adpeito de nossas per\u00adcep\u00ad\u00e7\u00f5es sen\u00adso\u00adri\u00adais de tem\u00adpe\u00adra\u00adtura: a tem\u00adpe\u00adra\u00adtura per\u00adce\u00adbida no pote inter\u00adme\u00addi\u00e1\u00adrio depende de qual foi o pote de onde a m\u00e3o saiu (quente ou frio). Como dizer que estamos medindo a tem\u00adpe\u00adra\u00adtura da \u00e1gua se cada m\u00e3o a percebe de maneira dife\u00adrente? O que sen\u00adti\u00admos n\u00e3o \u00e9 a tem\u00adpe\u00adra\u00adtura em si, nesse caso parece ser a dife\u00adren\u00e7a de tem\u00adpe\u00adra\u00adtura. Mas ser\u00e1 que podemos con\u00adcluir que o que real\u00admente sen\u00adti\u00admos \u00e9 a dife\u00adren\u00e7a de tem\u00adpe\u00adra\u00adtura entre o objeto e o nosso corpo?<\/p>\n\n\n\n

Vejamos outro exemplo pr\u00e1tico: imagine uma porta de madeira com uma ma\u00e7a\u00adneta de metal. Ao encos\u00adtar a sua m\u00e3o na porta e na ma\u00e7a\u00adneta, qual delas vai estar mais fria?<\/p>\n\n\n\n

Figura 2. Regis\u00adtro da tem\u00adpe\u00adra\u00adtura de uma porta rea\u00adli\u00adzado com um ter\u00adm\u00f3\u00adgrafo, com escala de tem\u00adpe\u00adra\u00adtura \u00e0 direita. Fonte: Tran\u00adsi\u00adtion Bath<\/a>.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Temos a sen\u00adsa\u00ad\u00e7\u00e3o de que a ma\u00e7a\u00adneta est\u00e1 bem mais fria que a madeira da porta, mas nor\u00admal\u00admente est\u00e3o ambas na mesma tem\u00adpe\u00adra\u00adtura do ambi\u00adente, abaixo da tem\u00adpe\u00adra\u00adtura do nosso corpo. Na figura 2 vemos uma imagem ter\u00admo\u00adgr\u00e1\u00adfica na qual a porta e a ma\u00e7a\u00adneta est\u00e3o apro\u00adxi\u00adma\u00adda\u00admente na mesma tem\u00adpe\u00adra\u00adtura, por volta de 12 \u00b0C, assim como as paredes \u00e0 sua volta, com exce\u00e7\u00e3o das frestas que parecem mais frias. <\/p>\n\n\n\n

Por que sen\u00adti\u00admos essa dife\u00adren\u00e7a entre esses objetos? Isto se deve \u00e0 dife\u00adren\u00e7a de com\u00adpo\u00adsi\u00ad\u00e7\u00e3o dos objetos, j\u00e1 que a ma\u00e7a\u00adneta de metal \u201crouba\u201d tem\u00adpe\u00adra\u00adtura da m\u00e3o muito mais r\u00e1pido que a porta de madeira, e como per\u00adde\u00admos mais r\u00e1pido essa tem\u00adpe\u00adra\u00adtura, temos a sen\u00adsa\u00ad\u00e7\u00e3o de que a ma\u00e7a\u00adneta \u00e9 mais fria, mesmo que esta esteja na mesma tem\u00adpe\u00adra\u00adtura que a porta!!! O con\u00adceito envol\u00advido aqui n\u00e3o \u00e9 a dife\u00adren\u00e7a de tem\u00adpe\u00adra\u00adtura, como no caso ante\u00adrior, mas a con\u00addu\u00adti\u00advi\u00addade t\u00e9rmica dos mate\u00adri\u00adais: capa\u00adci\u00addade de trocar energia t\u00e9rmica, ou \u201ctrocar temperatura\u201d. <\/p>\n\n\n\n

Mas e agora? Como medir a tem\u00adpe\u00adra\u00adtura se n\u00e3o podemos usar nossos sen\u00adti\u00addos? Sem per\u00adce\u00adber cami\u00adnha\u00admos para a impor\u00adt\u00e2n\u00adcia da exis\u00adt\u00ean\u00adcia de algum tipo de r\u00e9gua ou escala para medir aquilo que conhe\u00adce\u00admos como tem\u00adpe\u00adra\u00adtura. E para isso vamos entrar nas n\u00e3o sufi\u00adci\u00aden\u00adte\u00admente famosas \u201cLeis da Termodin\u00e2mica\u201d.<\/p>\n\n\n\n

A Lei Zero e a Temperatura Termodin\u00e2mica<\/h2>\n\n\n\n

Cami\u00adnha\u00admos ent\u00e3o para a defi\u00adni\u00ad\u00e7\u00e3o da Lei Zero da ter\u00admo\u00addi\u00adn\u00e2\u00admica, deno\u00admi\u00adnada assim pelo cien\u00adtista Ralph H. Fowler<\/a> em 1939. Vale aqui res\u00adsal\u00adtar que ela foi defi\u00adnida muito tempo depois das outras Leis, e devido a sua grande impor\u00adt\u00e2n\u00adcia ela foi deno\u00admi\u00adnada com a Lei Zero, pois \u00e9 a base de todo e qual\u00adquer estudo envol\u00advendo ter\u00admo\u00addi\u00adn\u00e2\u00admica! De modo formal, a Lei Zero nada mais \u00e9 que:<\/p>\n\n\n\n

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\u201c<\/span>Se dois sis\u00adte\u00admas est\u00e3o inde\u00adpen\u00adden\u00adte\u00admente em equi\u00adl\u00ed\u00adbrio t\u00e9rmico com um ter\u00adceiro sistema, estar\u00e3o em equi\u00adl\u00ed\u00adbrio t\u00e9rmico entre si.\u201d<\/p>\nFowler & Gug\u00adge\u00adnheim (1965)[1939]<\/cite><\/blockquote>\n\n\n\n

Figura 3. Evo\u00adlu\u00ad\u00e7\u00e3o tem\u00adpo\u00adral da tem\u00adpe\u00adra\u00adtura de dois objetos em contato.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Para tentar tra\u00addu\u00adzir essa frase vamos pre\u00adci\u00adsar de um pouco de abs\u00adtra\u00ad\u00e7\u00e3o; acom\u00adpa\u00adnhe o raci\u00ado\u00adc\u00ed\u00adnio a seguir:<\/p>\n\n\n\n

Con\u00adsi\u00addere apenas dois corpos, repre\u00adsen\u00adta\u00addos na figura 3, iso\u00adla\u00addos de qual\u00adquer fonte externa de energia, um frio (A) e outro quente (B). Jun\u00adtando os dois, podemos obser\u00advar que algo muda gra\u00addu\u00adal\u00admente, algo \u00e9 trocado entre os corpos. Ap\u00f3s um bom tempo, n\u00e3o obser\u00adva\u00admos mais trocas entre os corpos; dizemos que est\u00e3o em equi\u00adl\u00ed\u00adbrio t\u00e9rmico, com a mesma tem\u00adpe\u00adra\u00adtura. O que foi trocado entre os corpos \u00e9 Energia T\u00e9rmica.<\/p>\n\n\n\n

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Figura 4. Evo\u00adlu\u00ad\u00e7\u00e3o tem\u00adpo\u00adral da tem\u00adpe\u00adra\u00adtura de tr\u00eas objetos em contato.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Pas\u00adsando de n\u00edvel, inclu\u00ed\u00admos um ter\u00adceiro objeto \u00a9 que faz contato com os corpos frio (A) e quente (B) como mostra a figura 4, sem que os corpos frio e quente se encos\u00adtem dire\u00adta\u00admente. Repare que com o passar do tempo, o corpo que estava frio (A) est\u00e1 em equi\u00adl\u00ed\u00adbrio t\u00e9rmico com o inter\u00adme\u00addi\u00e1\u00adrio; da mesma forma, o corpo ori\u00adgi\u00adnal\u00admente quente (B) tamb\u00e9m est\u00e1 em equi\u00adl\u00ed\u00adbrio com C. Se reti\u00adra\u00admos o ter\u00adceiro corpo e colo\u00adca\u00admos os outros (A e B) em contato direto, per\u00adce\u00adbe\u00admos que n\u00e3o h\u00e1 trocas entre eles, pois j\u00e1 est\u00e3o em equi\u00adl\u00ed\u00adbrio t\u00e9rmico. Em resumo, se C est\u00e1 em equi\u00adl\u00ed\u00adbrio t\u00e9rmico com os corpos A e B, estes est\u00e3o em equi\u00adl\u00ed\u00adbrio t\u00e9rmico entre si; existe uma rela\u00e7\u00e3o de equi\u00adva\u00adl\u00ean\u00adcia, ou um par\u00e2\u00adme\u00adtro, que cha\u00adma\u00admos Tem\u00adpe\u00adra\u00adtura. Corpos que est\u00e3o em equi\u00adl\u00ed\u00adbrio t\u00e9rmico possuem a mesma Temperatura.<\/p>\n\n\n\n

Isso \u00e9 a Lei Zero da Ter\u00admo\u00addi\u00adn\u00e2\u00admica! At\u00e9 que \u00e9 uma situ\u00ada\u00ad\u00e7\u00e3o intui\u00adtiva, n\u00e3o con\u00adcorda? Ent\u00e3o por que diabos algo t\u00e3o \u00f3bvio \u00e9 con\u00adsi\u00adde\u00adrado a Lei fun\u00adda\u00admen\u00adtal para todo o desen\u00advol\u00advi\u00admento da Ter\u00admo\u00addi\u00adn\u00e2\u00admica? Pois bem, as coisas \u00f3bvias tamb\u00e9m pre\u00adci\u00adsam ser des\u00adcri\u00adtas, e \u00e9 esta a lei que define Tem\u00adpe\u00adra\u00adtura. Sabendo que podemos repre\u00adsen\u00adtar esse par\u00e2\u00adme\u00adtro em alguma Escala de Tem\u00adpe\u00adra\u00adtura, inde\u00adpen\u00addente dos corpos envol\u00advi\u00addos, podemos criar um ins\u00adtru\u00admento para com\u00adpa\u00adrar as \u201cmedi\u00ad\u00e7\u00f5es t\u00e9r\u00admi\u00adcas\u201d a essas escalas, ou seja, um term\u00f4\u00adme\u00adtro (do grego Therme, calor, e Metron, medida). Obser\u00advando corpos que marquem a mesma tem\u00adpe\u00adra\u00adtura em um term\u00f4\u00adme\u00adtro, podemos garan\u00adtir que eles esta\u00adriam em equi\u00adl\u00ed\u00adbrio t\u00e9rmico entre si, caso esti\u00adves\u00adsem em contato. Muito mais do que con\u00adsequ\u00ean\u00adcias pr\u00e1\u00adti\u00adcas, a Lei Zero tem impli\u00adca\u00ad\u00e7\u00f5es filos\u00f3ficas.<\/p>\n\n\n\n

N\u00e3o conhe\u00adce\u00admos um Uni\u00adverso ou con\u00adtexto que n\u00e3o res\u00adpeite essa Lei, ent\u00e3o \u00e9 dif\u00edcil falar das impli\u00adca\u00ad\u00e7\u00f5es de uma quebra dela. Podemos apenas supor que, caso a Lei Zero n\u00e3o fosse ver\u00adda\u00addeira, seria impos\u00ads\u00ed\u00advel ter um equi\u00adpa\u00admento padro\u00adni\u00adzado para medir tem\u00adpe\u00adra\u00adtura (term\u00f4\u00adme\u00adtro) e o pr\u00f3prio con\u00adceito de tem\u00adpe\u00adra\u00adtura n\u00e3o faria sentido! N\u00e3o faz sentido ter uma escala de refe\u00adr\u00ean\u00adcia se as medidas pre\u00adci\u00adsam ser rea\u00adli\u00adza\u00addas caso a caso, e n\u00e3o refe\u00adren\u00adtes a uma escala fixa.<\/p>\n\n\n\n

Sob a \u00f3tica da Ter\u00admo\u00addi\u00adn\u00e2\u00admica, isso \u00e9 Tem\u00adpe\u00adra\u00adtura: uma escala para medir parte da Energia de um sistema.<\/p>\n\n\n\n

A forma como a Tem\u00adpe\u00adra\u00adtura se rela\u00adci\u00adona com outras gran\u00adde\u00adzas ser\u00e1 assunto para outros artigos.<\/p>\n\n\n\n

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Maria Eduarda Bell\u00f3 e Gabriel Cury Perrone \/ Equipe AMLEF 2023<\/h5>\n\n\n\n
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Refer\u00eancias:<\/h2>\n\n\n\n