Slide Termometria e Dilatometria

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Física
Termometria e dilatometria
Professor: Mário Sérgio
INTRODUÇÃO
 Dependendo da temperatura e da
pressão, uma substância pode existir na
forma sólida, líquida e gasosa.
Temperatura
 A temperatura de um corpo indica o quão
quente ele se acha em relação a um corpo de
referência.
 Uma unidade de temperatura muito utilizada 
em nosso país é o grau Celsius (ºC).
 Temperatura é uma grandeza escalar. 
Temperatura
 As grandezas físicas associadas à matéria 
dividem-se em duas categorias: as intensivas e 
as extensivas.
 Intensivas – Ao dividir a matéria, seu valor não 
se altera.
 Extensivas – Seu valor é alterado ao se dividir a 
matéria.
Temperatura
 A temperatura é uma medida da energia
cinética média de translação das moléculas ou
dos átomos de um corpo.
 Não existe temperatura onde não há matéria.
 “a temperatura é uma medida da energia
cinética média das moléculas, e não da
energia cinética total”.
Medindo a Temperatura
 Termômetros geralmente graduados nas
escalas:
• Celsius;
• Fahrenheit e;
• Kevlin
Escalas de Medição
 Celsius - Proposta no século XVIII pelo sueco
Anders Celsius, essa escala é baseada na
convenção de que, sob a pressão de 1 atm, as
temperaturas de fusão do gelo e de ebulição
da água são iguais a 0 ºC e 100 ºC,
respectivamente.
Escalas de Medição
 Fahrenheit - proposta pelo cientista alemão
Daniel alguns anos antes de a escala Celsius ter
sido criada.
• A temperatura Fahrenheit é simbolizada por ºF. O
valor 32 ºF corresponde à temperatura de fusão
do gelo, e o valor 212 ºF, à temperatura de
ebulição da água, a 1 atm.
• uma variação de 1 ºC na escala Celsius
corresponde a uma variação de 1,8 ºF na escala
Fahrenheit
Escalas de Medição
 Fahrenheit
𝑎
𝑏
=
𝑇𝑐
100
= 
𝑇𝐹 −32
180
→
𝑇𝑐
5
=
𝑇𝐹 −32
9
Escalas de Medição
 Kelvin - O cientista inglês William Thomson
(1824-1907), também conhecido como lorde
Kelvin, propôs uma escala termométrica na
qual a temperatura de –273,15 ºC fosse igual a
zero, valor que passou a ser chamado de zero
absoluto. Assim, na escala Kelvin (também
conhecida como escala absoluta), a
temperatura correspondente ao repouso
molecular vale 0 K (nesse caso, falamos zero
Kelvin, e não zero grau Kelvin).
Escalas de Medição
 Kelvin - Na escala Kelvin, um intervalo entre
duas divisões inteiras e sucessivas tem valor
exatamente igual ao valor do intervalo de 1 ºC.
Por isso, a equação de recorrência entre as
escalas Kelvin e Celsius é a seguinte:
𝑻𝒌 = 𝑻𝑪 + 𝟐𝟕𝟑
A figura a seguir mostra três termômetros
graduados nas escalas Fahrenheit, Celsius e Kelvin,
marcando a temperatura ambiente.
Escalas de Medição
 Kelvin -
Dilatação Térmica
 Ocorre com o aumento ou a diminuição da
temperatura.
Temperatura 
Sólido Aumenta em 
Coprimento, Largura 
e Altura.
Expansão 
Dilatação Térmica
 Ocorre com o aumento ou a diminuição da
temperatura.
Temperatura 
Sólido Diminui em 
Coprimento, Largura 
e Altura.
Contração 
Dilatação Linear
 O aumento ou a diminuição ocorre em apenas
uma dimensão:
 É possível calcular a dilatação linear pela
expressão a seguir: ∆𝐿 = 𝐿0𝛼∆𝜃
Dilatação Linear
 É possível calcular a dilatação linear pela
expressão a seguir: = 𝐿0𝛼∆𝜃
∆𝐿 : Variação do comprimento (𝐿 − 𝐿0)
𝛼 : Coeficiente de dilatação linear (No SI: º𝐶−1).
∆𝜃 : Variação de Temperatura: (𝜃 − 𝜃0).
 Observação: valor que depende do material da
barra. O coeficiente a pode ser considerado
constante em uma grande faixa de
temperaturas.
Dilatação Linear
Dilatação Superficial e 
Volumétrica
 Ao se aquecer um sólido como mostra a figura
abaixo, as diagonais das faces e as diagonais
internas dilatam-se. A dilatação térmica ocorre
em todas as direções. Por isso, as superfícies
desse corpo, assim como seu volume, sofrem
dilatações.
Dilatação Superficial e 
Volumétrica
.
 Para muitos materiais, o coeficiente de dilatação
linear é igual em todas as direções. Nesses
materiais, a dilatação é chamada de isotrópica.
 Abaixo podemos ver a dilatação isotrópica de
uma placa.
Dilatação Superficial e 
Volumétrica
.
 Podemos calcular o valor da dilatação superficial
da placa pela expressão:
∆𝐴 = 𝐴0𝛽∆𝜃 Sendo 𝛽 = 2𝛼
Onde fator ß é chamado de coeficiente de
dilatação superficial e seu valor é, com alta
precisão, igual ao dobro do coeficiente
de dilatação linear.
Dilatação Superficial e 
Volumétrica
.
 Semelhante à dilatação superficial, Podemos
calcular o valor da dilatação volumétrica
isotrópica pela seguinte expressão:
∆𝑉 = 𝑉0𝛾∆𝜃 Sendo γ = 3𝛼
O fator γ é o coeficiente de dilatação 
volumétrica, e vale, com alta precisão, o triplo do 
coeficiente linear.
Dilatação de sólidos vazados
.
 Objetos vazados, como anéis e tubos, dilatam-se
como se fossem maciços.
Dilatação de sólidos vazados
.
 Os engenheiros usam a equação ∆𝑑 = 𝑑0𝛼∆𝜃
para avaliar a dilatação do diâmetro do furo,
sendo 𝛼 o coeficiente de dilatação do material
da peça vazada.
Dilatação dos Líquidos
.
Os líquidos são substâncias em que as forças
de atração entre as moléculas ou átomos são
fracas. Por isso, em geral, os líquidos apresentam
coeficientes de dilatação térmica maiores que os
sólidos. A tabela a seguir mostra valores
Dilatação dos Líquidos
.
Ao se aquecer um líquido em um recipiente,
ambos dilatam. Dessa forma, o volume de líquido
derramado é chamado de dilatação aparente.
Dilatação dos Líquidos
.
 A dilatação aparente do líquido (volume
derramado) é a diferença entre a dilatação real
do líquido e a dilatação do recipiente:
 ∆𝑉𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒= ∆𝑉𝐿í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 − ∆𝑉𝑅𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 Equação I
 O volume do líquido e do recipiente podem ser
calculados pelas equações abaixo:
 ∆𝑉𝐿í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜= 𝑉0𝛾∆𝜃 ∆𝑉𝑅𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒= 𝑉0𝛾∆𝜃
Dilatação dos Líquidos
.
 Como o volume inicial do líquido é o mesmo
volume do recipiente, e a variação de
temperatura é comum a ambos, podemos
substituir as duas equações anteriores na
equação I, para encontrarmos a equação de
dilatação dos líquidos:
∆𝑉𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒= 𝑉0∆𝜃(𝛾𝐿í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 − 𝛾𝑅𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒)
Dilatação da Água
 A maioria das substâncias sofre expansão
quando aquecidas, e retração quando
resfriadas. A água, entretanto, apresenta um
comportamento invertido entre 0 ºC e 4 ºC.
Tensão Superficial
 A tensão superficial é um efeito que ocorre na 
superfície livre de um líquido formando uma 
membrana plástica. 
Tensão Superficial
 A tensão superficial é um efeito que ocorre na 
superfície livre de um líquido formando uma 
membrana plástica. 
Forças de Adesão e Coesão
 Quando um líquido entra em contato com um
sólido, as moléculas do sólido atraem as
moléculas do líquido. Essas são as forças de
adesão.
 Por sua vez, as moléculas do líquido atraem-se
uma às outras através das forças de coesão.
Se 𝐹𝐴𝑑𝑒𝑠ã𝑜 > 𝐹𝐶𝑜𝑒𝑠ã𝑜 → Líquido molha a superfície.
Se 𝐹𝐶𝑜𝑒𝑠ã𝑜 > 𝐹𝐴𝑑𝑒𝑠ã𝑜 → Líquido não molha a superfície.
Forças de Adesão e Coesão