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TERMOMETRIA E DILATAÇÃO

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1
Temperatura,Dilatação
Térmica, Termodinâmica
2
Térmica, Termodinâmica
Tópicos
Termometria e Dilatação Térmica.
Calorimetria.
Termodinâmica.
Teoria Cinética dos Gases.
3
Teoria Cinética dos Gases.
Definições
• Sistema: objeto ou conjunto de objetos com uma 
fronteira definida (pode ser aberta ou fechada).
• Vizinhança: Tudo que estiver fora do sistema.
• Estado: A condição de um sistema definido por um 
conjunto de variáveis associadas a ele.
4
conjunto de variáveis associadas a ele.
• Variáveis Microscópicas : Variáveis que descrevem 
o sistema ao nível dos átomos e moléculas.
• Variáveis Macroscópicas: Variáveis que descrevem 
o sistema em termos de elementos que podem ser 
detectados por nossos sentidos.
Definições
• Termodinâmica: Seu campo de estudos e construído 
pela descrição dos sistemas em termos das 
quantidades macroscópicas, por exemplo a pressão, a 
temperatura, o volume,…
5
• O número de variáveis depende do tipo de sistema.
• Variáveis de Estado: Quantidades que podem ser 
usadas para descrever o estado de um sistema.
Teoria Atômica
• A idéia do átomo pode ser vista nos trabalhos do 
filósofo grego Democritus 
• Outros nomes importantes:
 Rene Descartes (1596 – 1650)
6
 Rene Descartes (1596 – 1650)
 James Dalton (1766 – 1814)
 Robert Brown (1773 – 1858)
 Albert Einstein (1879 – 1955)
Unidade de massa unificada (u)
• Baseada nos atributos do átomo de carbono C, o valor 
exato 12.000… unidades unificadas de massa.
• 1 u = 1,66 x 10-27 kg.
• A massa atômica do hidrogênio é então = 1,0078 u.
7
• A massa atômica do hidrogênio é então = 1,0078 u.
Carbono
XZ
A
Onde A = número toal de partículas do núcleo 
(prótons + nêutrons); Z é o número atômico = 
número de prótons (e elétrons em um átomo neutro); 
N = A – Z é o número de nêutrons.
8
C
6
12
N = A – Z é o número de nêutrons.
Para o carbono 12, 1 u = 12,por definição.
Carbono
mp = 1,6726 x 10-27 kg
mn = 1,6749 x 10-27 kg
me = 9,1094 x 10-30 kg
6 x mp = 1,6726 x 10-27 kg = 1,00356 x 10-26 kg
6 x m = 1,6749 x 10-27 kg = 1,00494 x 10-26 kg
9
6 x mn = 1,6749 x 10-27 kg = 1,00494 x 10-26 kg
6 x me = 9,1094 x 10-30 kg = 5,46564 x 10-30 kg
2,00855 x 10-26 kg
12 x 1 u = 12 x 1,6605 x 10-27 kg 
= 1,9926 x 10-26 kg; D = 0,01595 x 10-26 kg que é a 
energia de ligação do núcleo.
Energia de Ligação
Massa da Energia de ligação =0,01595 x 10-26 kg
E = mc2
E = (0,01595 x 10-26 kg)(3,0 x 108 m/s)2
= 4,785 x 10-20 kg m2/s2 (J).
10
= 4,785 x 10-20 kg m2/s2 (J)
O núcleo tem a energia mais baixa do que a energia 
resultante da soma de cada uma das partes.
É daí que surge a explicação para a energia liberada 
em reações como a fissão nuclear. Ela é usada nas 
usinas nucleares e nas bombas atômicas.
.
Movimento Browniano
• Nome dado em homenagem ao biólogo Robert 
Brown.
• Descoberto em 1827.
• Ao olhar através de seu microscópio, ele verificou 
11
• Ao olhar através de seu microscópio, ele verificou 
que pequenos grãos de pólen, em suspensão na água, 
parecem saltar ao redor em um trajeto em zigzag 
mesmo na água imóvel .
• Primeiras evidências para a existência do átomo.
12
13
Albert Einstein
• Seu artigo de 1905 coloca o movimento
Browniano como o marco da teória física
que tem como base a suposição de que os
átomos existem realmente.
• Enquanto que anteriromente considerava
os átomos meramente como uma
conveniência para estabelecer os cálculosconveniência para estabelecer os cálculos
• teóricos necessários.
• Einstein calculou o tamanho aproximado e
a massa dos átomos e moléculas
baseando-se em dados experimentais.
• Tamanho 10-10 m.
• (1 Angstrom (A) = 10-10 m)

14
o
O grande e o pequeno
• 10 milhões de anos-luz 
(1023m) de distância da 
Via Láctea.
15
• 1 milhão de anos-luz 
(1022m) Torna-se visível 
o espiral.
• 100.000 anos-luz 
(1021m). Nossa galáxia 
mal pode ser vista!
16
• 10.000 anos-luz 
(1020m). Aparecem 
estrelas de nossa 
galáxia.
• 1.000 anos-luz (1019m) 
As estrelas, dez vezes 
mais perto.
17
• 100 anos-luz (1018m). 
Nada além de estrelas.
• 10 anos-luz (1017m). 
Ainda apenas estrelas.
18
• 1 ano-luz (1016m). O 
Sol aparece bem 
pequeno.
• 1 trilhão de quilômetros 
(1015m). O Sol um 
pouco maior.
19
• 100 bilhões de 
quilômetros (1014m). O 
Sistema Solar começa a 
aparecer.
• 10 bilhões de 
quilômetros (1013m). 
Nosso Sistema Solar 
mais definido.
20
• 1 bilhão de quilômetros 
(1012m). Órbitas de: 
Mercúrio, Vênus, Terra, 
Marte e Júpiter.
• 100 milhões de 
quilômetros (1011m) 
Órbitas de: Vênus, 
Terra e Marte.
21
• 10 milhões de 
quilômetros (1010m). 
Parte da órbita da Terra.
• 1 milhão de quilômetros 
(109m). Pode ser vista a 
órbita da Lua.
22
• 100.000 quilômetros 
(108m) A Terra ainda 
pequena.
• 10.000 quilômetros 
(107m). O Hemisfério 
Norte da Terra.
23
• 1.000 Km (106m). Foto 
característica de satélite 
(estado da Flórida 
USA).
• 100 Km (105m) da 
superfície. Cidade de 
Tallahassee na Flórida 
USA, um pouco mais 
próximo...
24
• 10 Km (104m). Os 
quarteirões mal são 
vistos.
• 1 Km (103m). É 
possível a prática de 
pára-quedismo.
25
• 100 metros (102m). 
Vista típica de 
helicóptero.
• 10 metros (101m). Vista 
típica de edifício.
26
• 1 metro (100m). Quando 
olhamos algo com o 
braço esticado...
• 10 centímetros (10-1m). 
Pode-se tocar nas 
folhas.
27
• 1 centímetro (10-2m). É 
possível sentir o cheiro 
da folha.
• 1 milímetro (10-3m). Os 
vasos da folha 
aparecem.
28
• 100 micra (10-4m). As 
células praticamente 
estão definidas.
• 10 micra (10-5m). As 
células aparecem.
29
• 1 micron (10-6m). O 
núcleo da célula já fica 
visível.
• 1.000 angstrons (10-7m). 
Os cromossomas 
aparecem.
30
• 100 angstrons (10-8m). 
A cadeia de DNA pode 
ser visualizada.
• 1 nanômetro (10-9m). 
Os blocos 
cromossômicos.
31
• 1 angstron (10-10m). 
Nuvens de elétrons do 
átomo de carbono. Tudo 
em nosso mundo é feito 
disso...
• 10 picômetros (10-11m). 
Elétron no campo do 
átomo.
32
• 1 picômetro (10-12m) 
Espaço vazio entre o 
núcleo e as órbitas de 
elétrons.
• 100 fermis (10-13m). O 
núcleo ainda pequeno.
33
• 10 fermis (10-14m). O 
Núcleo de um átomo de 
Carbono.
• 1 fermi (10-15m). Face a 
face com um um Próton.
34
• 100 atômetros (10-16m) 
Examinando-se as 
partículas ‘quark’.
As Fases da Matéria
• Sólido
• Líquido
• Gasoso
35
• Gasoso
Ligações Moleculares
• As Ligações moleculares são as causas da organização das 
moléculas em partículas do estado sólido.
• Forças de ligação são elétricas (governadas pelos elétrons 
circulando em tôrno do núcleo de cada átomo).
• Quando os átomos estão muito próximos um do outro, a força 
elétrica repulsiva é quem prevalece.
36
• Tipos principais de ligação:
 Iônica
Covalente
Metálica
Sólidos
37
Características dos sólidos
• Sólido qualquer
Mantem a forma e a dimensões definida mesmo que 
sujeito a forças aplicadas.
Forças atrativas tão fortes que os átomos tendem a 
permanecer mais ou menos em posições fixas—elas 
costumam vibrar apesar da posição fixa. Quando o calor é 
fornecido a vibração aumenta.
38
fornecido a vibração aumenta.
• Cristal
Arranjo periódico regular dos átomos.
Ordenação de grande extensão.
Amorfos
Arranjo periódico não regular dos átomos.
Ordenação de pequena extensão.
Estruturas básicas de cristais
39
Líquidos
40
Características dos Líquidos
• Ordenação de pequena extensão.• Incompressibilidade.
• Volume definido.
• Forma indefinida.
41
• Forma indefinida.
Gás
42
Características dos Gases
• Sem ordenação de pequena ou de grande extensão.
• Transparência
• Baixa resistência ao escoamento.
• Grande expansão quando sujeito a aquecimento e 
43
• Grande expansão quando sujeito a aquecimento e 
contração quando sujeito a aumento de pressão.
Vapores
• Moléculas de um líquido que possuem grande 
distribuição de energia.
• Qualquer gás condensável é chamado de VAPOR.
44
Temperatura
• A Temperatura é uma das variáveis de estado mais importantes 
da termodinâmica.
• Muitas propriedades da matéria costumam variar com as 
mudanças de termperatura.
• Por exemplo, muitos materiais expandem quando aquecidos.
45
• Por exemplo, muitos materiais expandem quando aquecidos.
• A água é um caso à parte. Ela expande quando resfriadas entre 
0o e 4o Celsius. Isto explica o motivo para os canos se 
partirem no frio do inverno e o motivo da flutuação do gelo.
• Temperatura é uma forma de medir a energia térmica.
• GRANDEZA FÍSICA CRIADA COM O PROPÓSITO DE 
QUANTIFICAR O GRAU DE AGITAÇÃO MOLECULAR 
DE UM MATERIAL.
TERMOSCÓPIO DE GALILEU
46
TERMÔMETRO
47
TIPOS DE TERMÔMETROS
48
49
50
51
Escalas deTemperatura
• Celsius (C)
• Fahrenheit (F)
• Kelvin (absoluta)
• As mais usadas são a Celsius e a Kelvin.
52
• As mais usadas são a Celsius e a Kelvin.
53
AS RELAÇÕES ENTRE AS ESCALAS
5
273
9
32
5
 KFC
54
595
ENERGIA INTERNA
• Energia interna é a soma das energias cinéticas 
das moléculas de um corpo. A energia térmica de 
um corpo depende da sua temperatura e da sua 
massa.
55
Equilíbrio Térmico e a Lei Zero da 
Termodinâmica
• Se dois objetos em diferentes temperaturas são postos 
em contato térmico um com o outro, os dois objetos 
irão alcançar a mesma temperatura.
• Dizemos então que eles estão em Equilíbrio 
56
• Dizemos então que eles estão em Equilíbrio 
Térmico.
• A lei Zero da Termodinâmica:
Se dois objetos estiverem em equilibrio térmico com 
um terceiro, então eles estarão em equilíbrio térmico 
entre sí.
Dilatação térmica
Dilatação Linear
DL = aL DT
57
DL = aLoDT
onde a é o coeficiente de dilatação linear do 
material. Sua unidade é (oC)-1. 
Esta equação foi definida empiricamente.
58
59
Dilatação térmica superficial
60
61
Observação
Orifícios expandem ou contraem?
Na hipótese de existir um orifício circular em uma 
chapa de metal.Quando o metal é aquecido o orifício 
tende a aumentar ou diminuir?
62
tende a aumentar ou diminuir?
63
• Quando se aquece uma chapa com um orifício, ela 
se dilata como se fosse inteiriça, ou seja, o orifício 
se dilata como se fosse constituído do mesmo 
material da chapa.
64
Dilatação Térmica
Expansão Volumétrica
TVV  ..0 
65
Onde é o coeficiente de dilatação volumétrica. 
Note: 
A unidade é o (Co)-1.

 .3
66
O comportamento anômalo da Água
• Algumas substâncias expandem mais ou menos 
uniformemente com o aumento da temperatura.
• A água, entretanto, não segue o padrão usual.
• Ao aquecermos a água de 0oC até 4oC, sua densidade 
67
• Ao aquecermos a água de 0 C até 4 C, sua densidade 
aumenta(deveria diminuir).
• Em outros níveis de temperatura seu comportamento 
é normal.
68

Outros materiais