TERMOLOGIA (TERMO = calor, LOGIA = estudo)

Transcrição

1 TERMOMETRIA

2 TERMOLOGIA (TERMO = calor, LOGIA = estudo) É a parte da Física encarregada de estudar o calor e seus efeitos sobre a matéria. A termologia está intimamente ligada à energia térmica, estudando a transmissão dessa energia e os efeitos produzidos por ela quando é fornecida ou retirada de um corpo.

3 TEMPERATURA É a grandeza que mede o estado de agitação das moléculas. Quanto mais quente estiver uma matéria, mais agitadas estarão suas moléculas. Assim, a temperatura é o fator que mede a agitação dessas moléculas, determinando se uma matéria está quente, fria, etc.

4 CALOR É a energia que flui de um corpo com maior temperatura para outro de menor temperatura. Como sabemos, a unidade de representação de qualquer forma de energia é o joule (J), porém, para designar o calor, é adotada uma unidade prática denominada caloria, em que 1 cal = 4,186 J.

5 EQUILÍBRIO TÉRMICO É o estado em que a temperatura de dois ou mais corpos são iguais. Assim, quando um corpo está em equilíbrio térmico em relação a outro, cessam os fluxos de troca de calor entre eles. Ex.: Quando uma xícara de café é deixada por certo tempo sobre uma mesa, ela esfriará até entrar em equilíbrio térmico com o ambiente em que está.

6 ESCALAS TERMOMÉTRICAS

7 TERMÔMETROS No cotidiano, a medida e o controle da temperatura são muito importantes. Seja nas indústrias, em laboratórios e até mesmo nas residências, os termômetros são utilizados para controlar e verificar a temperatura de uma vasta quantidade de objetos, em diferentes momentos e circunstâncias. Desde o século XVI, tanto as escalas termométricas como também os termômetros têm evoluído constantemente. O primeiro termômetro foi criado por Galileu Galilei em Galileu, considerado o pai da experimentação, foi físico, matemático, astrônomo e filósofo italiano que teve papel muito importante na evolução das ciências. O aparelho construído por ele era feito de um fino tubo de vidro, que tinha uma de suas extremidades colocada em recipiente contendo água colorida e na outra um bulbo, também de vidro. Utilizado pelos médicos da época para medir a temperatura das pessoas, esse aparelho não pôde ser considerado um termômetro, pois não tinha escalas para averiguar a temperatura, de modo que ele permitia apenas a comparação entre as temperaturas de dois corpos ou objetos. Diante disso ele foi conhecido como termoscópio de Galileu.

8 Surgimento dos termômetros de líquido O termoscópio de Galileu realizava as comparações de temperaturas através da dilatação ou contração do ar que existia dentro do bulbo do aparelho. No século XVII surgiu o primeiro termômetro de líquido, construído por Jean Rey, um médico francês. Muito semelhante aos termômetros atuais, o aparelho de medição de temperaturas construído por Jean media a variação da temperatura através da contração ou dilatação da água contida no reservatório.

9 Anos mais tarde, Fernando II, Duque de Toscana, por apreciar muito as ciências, quis medir temperaturas abaixo do ponto de solidificação da água. Assim sendo, ele construiu um termômetro muito semelhante ao de Ray, utilizando álcool no lugar de água, pois o seu ponto de congelamento, se comparado com o da água, é muito baixo. Contudo, o álcool é um líquido volátil, ou seja, se evapora muito rápido. Sabendo disso, Fernando II fechou hermeticamente o tubo para evitar a evaporação do álcool. Dessa maneira, o Duque de Toscana acabou por criar um termômetro que realmente se parece com o que utilizamos na atualidade. Fernando II teve enorme contribuição no desenvolvimento do estudo da termometria, de modo que ele foi o fundador de uma academia em Florença, Itália, que era especializada na construção de termômetros. Foi nessa academia que se utilizou, pela primeira vez, o mercúrio como líquido termométrico.

10 O termômetro mais comum é o de mercúrio, que consiste em um vidro graduado com um bulbo de paredes finas que é ligado a um tubo muito fino, chamado tubo capilar. Quando a temperatura do termômetro aumenta, as moléculas de mercúrio aumentam sua agitação fazendo com que este se dilate, preenchendo o tubo capilar. Para cada altura atingida pelo mercúrio está associada uma temperatura.

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12 Quando queremos medir a temperatura de um corpo, precisamos usar uma escala termométrica, isto é, uma forma de relacionar o conjunto de números associados às temperaturas. As três escalas termométricas mais comuns são Celsius (C), Fahrenheit (F) e Kelvin (K).

13 ESCALA CELSIUS O físico sueco Anders Celsius tomou como referência os pontos fixos da ebulição e solidificação da água, atribuindo arbitrariamente o número 0 ao ponto de fusão e 100 ao de ebulição.

14 ESCALA FAHRENHEIT Em países de língua inglesa a escala Fahrenheit é amplamente utilizada pela população, bem como em trabalhos científicos. O físico alemão Daniel Fahrenheit por volta dos anos de 1714, atribuiu dois pontos fixos da mesma forma que Celsius, contudo em misturas diferentes. Fahrenheit fez uma mistura de água, gelo picado e cloreto de amônio e atribuiu à temperatura dessa mistura o valor de 0. À temperatura do sangue humano, atribuiu o valor de 100. Na escala de Fahrenheit, o ponto de fusão é 32 ºF e o ponto de ebulição é 212 ºF. Em comparação com a escala Celsius: 0 C = 32 F 100 C = 212 F

15 ESCALA KELVIN O físico inglês William Thompson ( ), também conhecido como Lorde Kelvin desenvolveu uma escala absoluta, isto é, uma escala onde o zero corresponde ao estado de mínima energia de agitação molecular. A escala Kelvin é expressa através do símbolo K, contudo não se diz grau kelvin, nem ºK, apenas kelvin. Em comparação com a escala Celsius: -273 C = 0 K 0 C = 273 K 100 C = 373 K

16 Conversões entre escalas

17 Para que seja possível expressar temperaturas dadas em uma certa escala para outra qualquer deve-se estabelecer uma convenção geométrica de semelhança. Por exemplo, convertendo uma temperatura qualquer dada em escala Fahrenheit para escala Celsius:

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19 Pelo princípio de semelhança geométrica:

20 Exemplo: 1) Qual a temperatura correspondente em escala Celsius para a temperatura 100 F?

21 Da mesma forma, pode-se estabelecer uma conversão Celsius-Fahrenheit:

22 E para escala Kelvin:

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24 Exercício 1) Adicione as temperaturas conforme as escalas: Ar liquefeito Maior Temperatura na superfície da Terra Menor Tempertura na superfície da Terra Ponto de combustão da madeira Ponto de combustão do papel Ponto de fusão do chumbo Ponto de fusão do ferro Ponto do gelo Ponto de solidificação do mercúrio Ponto do vapor Temperatura na chama do gás natural Temperatura na superfície do Sol Zero absoluto CELSIUS (ºC) FAHRENHEIT (ºF) KELVIN (K)

25 2) Um turista brasileiro sente-se mal durante uma viagem à Nova Iorque. Ao ser examinado em um hospital local a enfermeira lhe diz que sua temperatura no momento era 105, mas que ele deveria ficar tranquilo, pois já havia baixado 4. Após o susto, o turista percebeu que sua temperatura havia sido medida em uma escala Fahrenheit. Qual era a sua temperatura anteriormente e qual sua temperatura atual?

26 3) Um astrônomo analisa um buraco negro no espaço. Após muitos estudos ele chegou a conclusão que este corpo celeste tinha temperatura de 10K. Qual a temperatura do buraco negro em escala Celsius?