Unidade_2_Termpertura_e_escalas

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10/10/2011
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Física II - OndulatóriaFísica II - Ondulatória
Prof. Leônidas Melo
Unidade 3:Temperatura e Teoria Cinética dos Gases
Subunidade 1. Temperatura
Unidade 3:Temperatura e Teoria Cinética dos Gases
Subunidade 1. Temperatura
Tópicos
1) Temperatura e A Lei Zero da Termodinâmica
2) Termômetros e Escalas de Temperatura
3) Dilatação térmica dos Sólidos e dos Líquidos
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Termodinâmica:
“Estuda as transferências de energia entre um sistema e
seu ambiente e as variações existentes na temperatura
ou mudança de estado”.
Para iniciar nossos estudos de termodinâmica, vamos
explorar alguns conceitos básicos:
1. Temperatura e Lei Zero da Termodinâmica
� A lei zero da termodinâmica estabelece como
acontecem as trocas de calor (energia térmica) entre os
corpos.
� Ela está relacionada com a energia interna dos
materiais.
� A temperatura expressa a própria energia interna de
um corpo ou de um sistema.
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A temperatura é uma variável física que afeta
intensamente muitas propriedades físicas de um
corpo, como por exemplo:
� Volume, comprimento;
� Estado físico (sólido líquido ou gasoso);
� Resistência mecânica,
� Resistência elétrica,
� Cristalinidade,
� Etc.
Noção de quente e frio
Nosso “senso de temperatura” não é confiável, por isso
construímos instrumentos para medir a temperatura dos corpos:
os termômetros.
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Lei Zero da Termodinâmica
“Se os corpos A e B estiverem separadamente em equilíbrio térmico com
um terceiro corpo C (termômetro), então A e B estão em equilíbrio
térmico entre si.” Ou ainda:
“Dois corpos que estão na mesma temperatura, estão em equilíbrio
térmico.”
Lei Zero da Termodinâmica Termômetro 
2. Termômetros e Escalas de temperatura
2.1. Escala Celsius 
Pontos Fixos: Temperatura de fusão do gelo: 0 ºC
Temperatura de ebulição da água: 100 ºC
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2.1. Escala Fahrenheit 
Pontos Fixos: Temperatura de fusão do gelo: 32 ºC
Temperatura de ebulição da água: 212 ºC
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32
5
−
=
FC
TT
2.2. Termômetro à gás de volume constante e a escala absoluta 
(Escala Kelvin)
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Á medida que a pressão diminui, os três gráficos da figura temdem
para o mesmo valor de temperatura, T= -273,15 °C. Independente do
tipo de gás e da pressão inicial em T= 0 °C.
� A temperatura T= -273,15 °C, é universal e não depende da
substância, Além disso, como pressão do gás é igual a zero, isto é, a
pressão mais baixa possível, deve representar um limite inferior para
os processos físicos.
� Desta forma a temperatura T = -273,15 °C é definida como o zero
absoluto.
� Essa temperatura foi tomada como base para a criação da escala
Kelvin de temperatura, que estabelece -273,15 °C como seu ponto
zero (0 K). Assim:
15,237−=
KC
TT
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Exercícios: Temperatura e Escalas
1) Na embalagem de um produto existe a seguinte recomendação:
"Manter a -4° C". Num país em que se usa a escala Fahrenheit,
qual a seria temperatura correspondente? [Resp. 24,8 °F]
2) Em um dia quando a temperatura alcança 50 ⁰F, qual é a
temperatura em graus Celsius e em Kelvin? [Resp. 10 °C, 283 K]
3) Quando Fahrenheit definiu a escala termométrica que hoje leva o
seu nome, o primeiro ponto fixo definido por ele, o 0ºF,
corresponde à temperatura obtida ao se misturar uma porção de
cloreto de amônia com três porções de neve, à pressão de 1atm.
Qual é esta temperatura na escala Celsius? [Resp. -17,8 °C]
4) Um termômetro foi graduado segundo uma escala arbitrária X,
de tal forma que as temperaturas 10ºX e 80ºX correspondem a 0ºC
e 100ºC, respectivamente. Qual a temperatura em X
que corresponde a 50ºC? [Resp. 45 °X]
5) Uma escala termométrica arbitrária X atribui o valor 20°X para
a temperatura de fusão do gelo e 80°X para a temperatura de
ebulição da água, sob pressão normal. Quando a temperatura de um
ambiente sofre uma variação de 30°X, qual é a variação
correspondente variação na escala Celsius ? [Resp. 50 °C]
6) Quando se deseja realizar experimentos a baixas temperaturas, é
muito comum a utilização de nitrogênio líquido como refrigerante,
pois seu ponto normal de ebulição é de - 196 ºC. Quanto vale esta
temperatura na escala kelvin? [Resp. 77 K]
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Dilatação térmica do sólidos
Dilatação linear:
00,TL
TL,
L∆
).1(
..
0
0
0
TLL
TLL
LLL
∆+=
∆=∆
−=∆
α
α
Onde:
� L0 → Comprimento Inicial
� T0 → Temperatura Inicial
� α → Coeficiente de dilatação linear
� L→ Comprimento Final
� T → Temperatura Final
Dilatação Superficial:
).21(
.2.
0
0
0
TAA
TAA
AAA
∆+=
∆=∆
−=∆
α
α
Onde:
�A0 → Área Inicial
� T0 → Temperatura Inicial
� α → Coeficiente de dilatação linear
�A→ Área Final
� T → Temperatura Final
00,TA
TA,
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Dilatação Volumétrica:
).31(
.3.
0
0
0
TVV
TVV
VVV
∆+=
∆=∆
−=∆
α
α
Onde:
� V0 → Volume Inicial
� T0 → Temperatura Inicial
� α → Coeficiente de dilatação linear
� V → Volume Final
� T → Temperatura Final
00,TV TV ,
(junta de expansão)
substância coeficiente de dilatação linear (oC-1)
aço 11x10-6
água 69x10-6
álcool 333,67x10-6
cobre 16,8x10-6
ferro 11,4x10-6
madeira 30x10-6
mercúrio 60,67x10-6
ouro 14,3x10-6
prata 18,8x10-6
vidro comum 9x10-6
vidro pirex 3,2x10-6
Coeficiente de dilatação linear de alguns sólidos 
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Dilatação Térmica dos Líquidos:
).1(
..
0
0
0
TVV
TVV
VVV
∆+=
∆=∆
−=∆
β
β
Onde:
� V0 → Volume Inicial
� T0 → Temperatura Inicial
� β → Coeficiente de dilatação volumétrica
� V → Volume Final
� T → Temperatura Final
00,TV TV ,
Dilatação Anormal da água:
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Exercícios:
1) Um tubo de alumínio tem 3,00 m de comprimento a 20,0 oC. Qual é
o comprimento a 100 oC e a 0,0 oC. Dados: O coeficiente de dilatação
linear do alumínio é 24x10-6 (oC)-1. (Resp. 3,0058 m ; 2,9986).
2) Uma janela de vidro mede exatamente 20 cm por 30 cm a 10 °C. De
quanto sua área aumentará quando sua temperatura for de 40 °C?
(Resp. 0,324 cm2)