Área - Física Ensino Médio, 2ª Série Escalas termométricas
FÍSICA, 2ª Série Escalas Termométricas TERMOLOGIA é a parte da Física que estuda os fenômenos relacionados com o calor e a temperatura. Imagem: Fir0002, flagstaffotos.com.au / GNU Free Documentation License / http://commons.wikimedia.org/wiki/file:fire02.jpg Imagem: Gérald Tapp / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
Imagem: Greg L / GNU Free Documentation License Calor e Temperatura Temperatura: é uma grandeza física, que mensura a energia cinética média de cada grau de liberdade de cada uma das partículas de um sistema em equilíbrio térmico. Esta definição é análoga a afirmar que a temperatura mensura a energia cinética média por grau de liberdade de cada partícula do sistema, uma vez consideradas todas as partículas de um sistema em equilíbrio térmico em um certo instante. A rigor, a temperatura é definida apenas para sistemas em equilíbrio térmico. (wikipédia) Calor: é a energia térmica que flui de um corpo de maior temperatura para um de menor temperatura. Imagem: SEE-PE
Imagens: SEE-PE As partículas constituintes dos corpos estão em contínuo movimento. Entende-se temperatura, como sendo uma grandeza que mede a maior ou menor intensidade dessa agitação térmica. A quantidade que informa quão quente ou frio é um objeto em relação a algum padrão é chamada de temperatura (1). Menor temperatura Maior temperatura
Imagem: SEE-PE Frequentemente associamos o conceito de temperatura com o grau de quente ou de frio de um corpo que tocamos. A nossa pele é sensível à taxa de transferência de energia e não à temperatura do corpo. Se os corpos estiverem a temperaturas diferentes, a energia pode ser trocada entre eles (2). No equilíbrio térmico os corpos em contato térmico deixam de trocar energia.
Imagem: SEE-PE Lei Zero da Termodinâmica "Se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro, então eles estão em equilíbrio térmico entre si." (3)
Imagem: Zwager / Public Domain Termometria É a partir da termologia que se estudam os processos de medição da temperatura de um corpo. Termômetro Um dispositivo calibrado para medir a temperatura do corpo.
Imagem: Geof from de.wikipedia.org / GNU Free Documentation License COMO MEDIR A TEMPERATURA Termômetro Instrumento destinado a medir a temperatura dos corpos; A medida da temperatura é feita de forma indireta; Grandezas e substâncias termométricas; Algumas das propriedades físicas que mudam com a temperatura e que são usadas nos termômetros: o volume de um líquido; o comprimento de um sólido; a pressão de um gás mantido a volume constante; o volume de um gás mantido a pressão constante; a resistência elétrica de um condutor; a cor de um corpo quente.
TIPOS DE TERMÔMETROS Podem ser: de mercúrio, a álcool, clínico, Six e Bellani, de resistência elétrica, bimetálico, de pressão de gás, laser e infravermelho. Imagem superior à esquerda: Menchi / GNU Free Documentation License. Inferior à esquerda: Biol / Public Domain. E acima: Optris / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
Escalas Termométricas - GRADUAÇÃO
Imagem: Olof Arenius / Astronomical observatory of Uppsala University / Public Domain. Escalas Termométricas Imagem: Pearson Scott Foresman / Wikimedia Foundation /Public Domain Escala Celsius A Escala Celsius construída em 1742, pelo físico e astrônomo sueco Anders Celsius, que adotou para o ponto de fusão de gelo o valor 0 (zero) e para o ponto de ebulição da água o valor 100 (cem). Dividiu-se o intervalo obtido entre os pontos fixos em cem partes iguais, em que cada parte corresponde a uma unidade da escala e foi denominada de grau Celsius, cujo símbolo é o C. Como o intervalo entre os pontos fixos dessa escala foi dividido em cem partes iguais, ela recebeu o nome de centesimal e, atualmente, a Escala Celsius é a mais utilizada em todo o mundo (4).
Escala Fahrenheit Imagem: Pearson Scott Foresman / Wikimedia Foundation /Public Domain A Escala Fahrenheit foi construída, em 1727, pelo físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit, que adotou o valor 0 (zero) para a mistura: água, gelo picado e sal; e o valor 100 para a temperatura do corpo humano. Dividiu-se o intervalo entre esses pontos fixos em 100 partes iguais e cada parte recebeu o nome de grau Fahrenheit, cujo símbolo é F. Ao compararmos os pontos fixos escolhidos por Fahrenheit e Celsius, temos para o ponto de fusão do gelo, sob pressão de 1 atmosfera, o valor 32 F e para o ponto de vapor da água, também sob pressão de 1 atmosfera, o valor 212 F; o intervalo dividido em 100 partes iguais pelo sueco (Celsius) é dividido em 180 partes iguais Fahrenheit (5). Esta escala foi utilizada principalmente pelos países que foram colonizados pelos britânicos, mas seu uso atualmente se restringe a poucos países de língua inglesa, como os Estados Unidos e Belize.
Imagem: Autor Desconhecido / United States public domain Escala kelvin O Termômetro de Gás O comportamento observado nesse dispositivo é a variação da pressão com a temperatura de um volume fixo de gás. Foi calibrado utilizando-se os pontos de fusão do gelo e de ebulição da água. O reservatório B de mercúrio é levantado ou abaixado até que o volume do gás confinado esteja em algum valor, indicado pelo ponto zero da régua (12). A altura h (a diferença entre os níveis do reservatório e da coluna A) indica a pressão no frasco, de acordo com a equação: P P 0 gh Imagem: Kuroisam / Public Domain
Assim, Kelvin atribuiu o valor zero para este estado térmico e o valor de 1 kelvin a uma extensão igual à do grau Celsius, de modo que o ponto de fusão do gelo, corresponde a 273 K e o ponto de ebulição da água, corresponde a 373 K. O nome e o símbolo grau kelvin foram abolidos em convenção científica internacional e substituídos simplesmente por kelvin; portanto, ao invés de 10 K, escreve-se 10 K e lê-se: dez kelvin (16). Imagem: Celsius_kelvin_estandar_1954.png: Homo logos / Modificações feitas por Kismalac / GNU Free Documentation License.
CONVERSÃO ENTRE AS ESCALAS Imagens: SEE-PE
Imagem: Zwager / Public Domain TERMÔMETRO CLÍNICO É um termômetro de mercúrio adaptado para funcionar no intervalo de temperaturas de 35 C a 44 C. Normalmente, é utilizado na determinação da temperatura do corpo humano e de outros seres vivos. Como é construído com a finalidade básica de indicar a temperatura mais elevada por ele atingida, quando em contato com o corpo humano, o termômetro clínico é considerado um termômetro de máxima. Para que esse objetivo seja alcançado, há um estrangulamento do tubo capilar na região que o liga ao bulbo, evitando, assim, o refluxo de mercúrio após ter atingido a temperatura máxima. Para desfazer o efeito do estrangulamento, é suficiente sacudir o termômetro com movimentos rápidos, pois a inércia do mercúrio leva-o de volta ao bulbo. O termômetro clínico deve ter pequenas dimensões, a fim de atingir o equilíbrio térmico com o corpo humano rapidamente, e sua escala deve ser fracionada para que seja sensível à pequenas variações de temperatura. Na prática, o termômetro clínico apresenta tubo capilar de alguns milímetros de diâmetro e comprimento de dez centímetros aproximadamente (18).
O termômetro clínico, quando usado em mais de um paciente, pode funcionar como veículo de contaminação microbiana. Assim, após cada tomada de temperatura, ele deve ser esterilizado. Mas, devido ao pequeno intervalo de temperaturas (35 C a 44 C) em que ele trabalha, essa esterilização não pode ser feita através de processos que utilizam temperaturas elevadas. O álcool é, portanto, o antisséptico recomendado. Os termômetros de mercúrio são muito utilizados na prática, pois: - o mercúrio é facilmente obtido em elevado grau de pureza; - o mercúrio apresenta dilatação térmica regular e muito superior à do vidro; - sob pressão normal, o mercúrio é líquido num intervalo de temperaturas bastante extenso (entre 39 C e 359 C), o que abrange os fenômenos térmicos mais frequentes; - o mercúrio não adere ao vidro e não reage com ele; - os termômetros de mercúrio são de fácil construção e cômodos no manuseio (19).
Imagem: Green Lane / GNU Free Documentation License Imagem: J. Pizzetta / United States public domain OUTRAS ESCALAS EM DESUSO ESCALA RÉAUMUR A escala Réaumur é uma escala de temperatura concebida em 1731 pelo físico e inventor francês René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757), cujos pontos fixos são o ponto de congelamento da água (zero) e seu ponto de ebulição (80 graus). Inventou um termômetro a álcool e apresentou uma escala termométrica para esses tipos de termômetros (1730), que fez muito sucesso na Europa Ocidental. Assim, a unidade desta escala, o grau Réaumur, vale 4/5 de 1 grau Celsius e tem o mesmo zero que o grau Celsius. Seu símbolo é R.
Imagem: United States public domain Imagem: SEE-PE ESCALA RANKINE Escala Termométrica inventada por William John Macqorn Rankine (1820-1872), físico escocês que atribuiu o valor zero ao zero absoluto e utilizou o grau Fahrenheit como unidade de variação (20).
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