Todo mundo tem uma noção da diferença entre "quente" e "frio", pelo menos em uma escala relativa, como a temperatura. Se você colocar um litro de água que estava sobre o balcão em temperatura ambiente em uma geladeira que funcione normalmente, ele ficará mais frio. Se, em vez disso, você colocá-lo em um forno de micro-ondas ajustado para alto por três minutos, ele ficará mais quente.
Porque "quente" e "frio" são termos subjetivos e podem significar coisas diferentes para pessoas diferentes em momentos diferentes, um escala objetiva é necessária para os cientistas e outros para descrever precisamente "gostosura" e "frieza" em uma escala numérica. Essa escala é, obviamente, a temperatura, cujas unidades mais comuns em todo o mundo são Kelvin (K), graus Celsius (° C) e graus Fahrenheit (° F).
Temperatura por sua vez, não é uma medida de "calor", que tem unidades de energia e é uma quantidade transferível na ciência física. A temperatura é uma medida da energia cinética média das moléculas da matéria; o movimento dessas moléculas gera calor. Se você ainda está confuso, não se preocupe. Você está apenas se aquecendo!
O que é calor e de onde ele vem?
Aquecer pode ser imaginado como a quantidade total de energia resultante do movimento molecular de uma substância. O calor pode ser imaginado como "fluindo" de lugares onde há muito calor para lugares onde há relativamente pouco, assim como a água flui ladeira abaixo sob a influência da gravidade e as moléculas tendem a se mover de áreas de maior concentração (densidade de partículas) para áreas de menor concentração.
O calor é geralmente dado em joules (J), o SI, ou sistema internacional, unidade de energia. Isso é igual a 4,18 calorias (cal), a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 grama (1 g) de água (H2O) em 1 grau Celsius (° C). (A "caloria" nos rótulos dos alimentos é na verdade uma quilocaloria (kcal), ou 1.000 cal.
O aquecimento da matéria faz com que as partículas dessa matéria aumentem de velocidade; a matéria de resfriamento faz com que as partículas diminuam. Eventualmente, isso leva não apenas a mais (ou menos) calor e temperaturas mais altas (ou mais baixas), mas também a mudanças de fase, sobre as quais você lerá em breve.
Definições de movimento de partícula
Temperatura é uma quantidade teoricamente ilimitada na extremidade superior, mas seu valor não pode ser inferior a 0 K, que é igual a uma temperatura conhecida como zero absoluto. Valores negativos são impossíveis porque moléculas e átomos não podem ter "movimento negativo". Eles podem simplesmente parar de vibrar completamente e não liberar calor como consequência.
O energia cinética média de moléculas em uma amostra, seja ela sólida, líquida ou gasosa, é usado para estabelecer a temperatura, pois esse valor é estável em uma determinada temperatura.
O valor da energia cinética individual de uma determinada molécula irá variar com o tempo, especialmente em altas temperaturas. Uma vez que milhões de partículas estão sendo normalmente avaliadas, a média desses valores de energia permanece a mesma se as condições experimentais não são perturbadas (isto é, para um gás, pressão, volume e o número de partículas no amostra).
Estados da matéria, calor e temperatura
Estados ou fases da matéria correspondem à energia cinética das moléculas em uma substância.
Matéria no sólido estado tem "moléculas mais frias" do que a mesma substância aquecida o suficiente para derretê-la ou fazer com que se torne líquida. (O líquido que se torna sólido porque esfria e perde calor é chamado de congelamento.) O líquido assume a forma de seu recipiente enquanto mantém seu volume, para que as moléculas possam deslizar umas sobre as outras, mas muito poucas podem "escapar" para o ambiente atmosfera.
Matéria no gás ou gasoso estado tem sua energia cinética mais alta e as partículas "mais quentes" em suas fases de existência. As partículas individuais não são contíguas e, em vez disso, podem ricochetear umas nas outras e nas paredes do recipiente, que um gás preenche prontamente, com suas partículas distribuídas uniformemente por todo o recipiente, mas ainda em movimento.