2019 - Extensivo - Física 3 - 01-02 - Termometria

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25/03/2019
Termometria
AULA 01 e 02 – FÍSICA III – PROFESSOR NECKEL
AVISO IMPORTANTE!
 Aula 01 e 02 são extremamente importantes, cheias de conceitos e envolvem poucos 
cálculos
 São aulas cheias de definições importantes para a compreensão dos conceitos dos capítulos 
de Física III (até o fim do material)
 Dica do professor: tomem nota e revisem estas definições sempre antes das aulas de Física 
(em casa, no intervalo)
 Há, no fim do capítulo, uma árvore de conceitos para ajudar na revisão!
 Não se preocupem em anotar todos os termos! Algumas definições serão vistas novamente 
nesta ou em outras frentes.
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Discussões sobre “o que é a energia”
 Na pesquisa, observamos o comportamento de objetos sob diversas situações
 Massa
 Velocidade
 Aceleração
 Volume
 Densidade
 Temperatura
 Quando uma ou vária dessas grandezas variam, procura-se um regularidade
 Algo que se repita sob as mesmas condições de experimentação
 Um valor que seja invariável (constante) quando modifica-se algum parâmetro na 
experimentação
Discussões sobre “o que é a energia” : Algo que se conserva!
“Chegamos à conclusão de que a 
Natureza, como um todo, possui uma 
reserva de energia que não pode de 
qualquer modo aumentar ou diminuir e 
que, portanto, a quantidade de energia 
na Natureza é precisamente tão eterna 
e inalterável como a quantidade de 
matéria. Expressa nesta forma, 
mencionei a lei geral: O Princípio de 
Conservação da Força.”
“Chegamos à conclusão de que a 
Natureza, como um todo, possui uma 
reserva de força que não pode de 
qualquer modo aumentar ou diminuir e 
que, portanto, a quantidade de força 
na Natureza é precisamente tão eterna 
e inalterável como a quantidade de 
matéria. Expressa nesta forma, 
mencionei a lei geral: O Princípio de 
Conservação da Força.”
25/03/2019
Discussões sobre “o que é a energia” : Algo que se conserva!
 Em outras palavras:
Na natureza nada se cria, nada se 
perde: tudo se transforma!
Sistema Físico
 É o tudo o que definimos dentro do nosso limite de 
análise
 Uma região do Universo que escolhe-se para 
focarmos nossa atenção
 Normalmente escolhe-se um sistema conveniente para 
simplificar as observações
 Um corpo
 Uma partícula
 Um conjunto de corpos ou de partículas
 Uma região com volume constante ou volume variável
 A fronteira do sistema é imaginária.
 Tratamos o resto do universo como Vizinhança, 
arredor ou meio externo.
 Exemplo:
 Mecânica: plano inclinado
 Sistema: bloco + plano 
(interações entre eles)
 Vizinhança: chão, ar (se 
considerado)
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Propriedades de um Sistema Físico
 Propriedade que caracterizam um sistema físico – Dependem do fenômeno estudado!
 Número de Partículas
 Massa
 Volume
 Densidade
 Temperatura
 Etc...
 Tipos de propriedades: Extensivas e Intensivas
 Extensiva: propriedade que depende da extensão (tamanho) do sistema
 Intensiva: propriedade que não depende da extensão (tamanho) do sistema
Propriedades de um sistema físico
 Exemplo: Jarra com água
 Energia é uma propriedade extensiva de um sistema físico, medida em relação a um 
determinado referencial.
Propriedade Tipo
Número de Partículas (átomos, 
moléculas)
Extensiva
Massa Extensiva
Volume Extensiva
Densidade Intensiva
Temperatura Intensiva
Energia Extensiva
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Transformações de Energia em um sistema
 As propriedades de um sistema podem ser 
alteradas se o sistema trocar energia com a 
vizinhança.
 O princípio de conservação de energia continua 
válido.
 Na troca de energia podem ocorrer várias 
mudanças de propriedades e também mudanças 
na forma de manifestação da energia.
 Formas de manifestação de energia:
 Movimento: Mecânica
 Temperatura e estado físico: Térmica
 Movimento de Elétrons: Elétrica
 Etc...
 Exemplo 1:
 Objeto sendo freado por meio do 
atrito
 Diminuição da Energia Cinética = 
Aumento da Energia Térmica do 
Sistema e da Vizinhança
 Exemplo 2:
 Reação de combustão
 Parte da energia química armazenada 
no sistema combustível-comburente 
se converte em energia luminosa
 Parte da massa do sistema se converte 
em outro elemento
Formas de manifestação da energia de um sistema
 Na mecânica, a energia se manifesta basicamente por meio do estado de movimentação do 
sistema (energia cinética) e do estado de disposição ou de configuração espacial dos 
componentes do sistema e das interações entre eles (energia potencial)
 Exemplo: objetos próximos a superfície da terra
 Energia potencial gravitacional 
 
↔ energia cinética
 A interação entre a pedra e a terra pode alterar o estado de 
movimentação da pedra
 A interação entre a pedra e a terra é a FORÇA GRAVITACIONAL
 O estado de movimentação da pedra é sua ENERGIA CINÉTICA e 
depende de sua VELOCIDADE
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Formas de manifestação da energia de um sistema
 Outras energias potenciais que podem alterar o estado de movimentação de corpos
Trabalho como mecanismo de transferência e transformação de energia
 Relação Trabalho-Energia
 Realizar trabalho sobre um corpo é efetivamente aplicar uma força de forma que a mesma 
contribua de alguma forma com sua movimentação
 Na horizontal – trabalho causa alteração da energia cinética
 Na vertical – trabalho causa alteração da energia potencial
Em resumo: realizar 
trabalho significa 
transferir energia 
ou transformar 
energia!
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Energia Potencial Relacionada a Desagregação
 Exercendo força e deslocando 
um sistema (conjunto de 
objetos), está transferindo 
energia para ele – realizando 
trabalho
 Este trabalho, ao desagregar o 
sistema, causa alteração na sua 
energia potencial.
 O trabalho é, efetivamente, a 
energia sua que foi transferida 
para o sistema para que a 
energia potencial pudesse ter 
sido alterada.
Exemplo: duas esferas se atraindo 
por força elétrica
Exemplo: puxar um bloco preso a 
uma mola
Energia associada aos componentes microscópicos da matéria
 Em um corpo parado (que pareça parado a olho nu), suas componentes 
microscópicas estão em movimentação e interagindo entre si (agitação e força entre 
átomos, elétrons, moléculas, etc).
 A energia total associada a essa movimentação e interação é uma espécie de 
energia cinética média chamada de energia interna
 Em termologia, vamos separar duas formas de energia do contexto microscópico 
que tem relação com propriedades macroscópicas
 Energia Térmica – Relacionada ao movimento das moléculas
 Energia Potencial das Moléculas – Relacionada a organização das moléculas
25/03/2019
Energia cinética de translação das moléculas
 É a energia associada a movimentação (agitação) dos átomos e moléculas de um sistema
 É diretamente proporcional a temperatura absoluta (medida em Kelvin)
 O zero absoluto (0 �) é a temperatura onde teoricamente não há movimentação das moléculas 
e átomos.
 Costuma-se classificar esta modalidade de energia como energia térmica
 Dois corpos que tem a mesma temperatura têm a mesma energia cinética de translação 
(de movimento, não de rotação) por molécula, em média.
 Porém, podem não ter a mesma energia térmica, pois a energia térmica depende do número 
de moléculas
Relações matemáticas envolvendo temperatura
 Energia cinética de uma molécula
����	
��	
 �
3
2
 �� �
 ��: constante de Boltzmann (�� � 1,3806503 ⋅ 10
��� �
�
)
 �: temperatura (absoluta, sempre em Kelvin)
 Energia térmica de um corpo
�� � ∑� ��	
��	
�� � ! � ��	
��	
 � ! 
3
2
 �� � �
3
2
!���
!: número de moléculas que um corpo possui.
Assim, a energia térmica de um 
corpo depende:
 Da temperatura
 Da quantidade de moléculas 
de um corpo
Obs.: Este conceito será MUITO 
importante mais para frente, em 
termodinâmica de gases
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Energia Potencial das Moléculas
 Conforme vimos, quanto mais desagregados 
corpos que se atraem estão, maior a energia 
potencial do sistema
 Assim, dependendo de estado da matéria, temos 
um tipo de agregação das moléculas
 Para desagregar, precisamosfornecer energia ao 
sistema. 
 Neste caso, não realizamos trabalho, mas 
fornecemos calor (outra forma de transferência de 
energia)
Energia Térmica de um Corpo
 Energia térmica é a energia que está relacionada com a 
temperatura de um corpo
 A temperatura de um corpo só aumenta quando conseguimos 
aumentar a energia cinética de translação das moléculas.
 Uma substância pura pode trocar de fase mantendo a mesma 
temperatura. (exemplo: gelo  água). 
 Energia térmica: não aumenta
 Energia Potencial Aumenta
 A temperatura só aumenta se as moléculas receberem energia de 
forma a se agitarem mais
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Energia Térmica de um Corpo
 As moléculas podem também rotacionar
 O estado de rotação (mais rápido ou mais 
devagar) não interfere na translação
 A rotação não influencia na energia cinética de 
translação e também não influencia na energia 
térmica
Integrando conceitos
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Integrando conceitos
 Energia é algo que se 
conserva
 Energia obedece o princípio 
de conservação
Em resumo
 Energia Térmica: Soma da energia cinética média de todas as moléculas de um corpo.
�� �
3
2
 ! �� �
 Aumenta conforme o aumento de temperatura
 Depende do tamanho do corpo (número de moléculas)
 Energia Potencial Molecular: associada com a desagregação das moléculas
 Sólido < Líquido < Gasoso
 Aumenta dependendo do estado da matéria
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Equilíbrio Térmico
 Lei zero da termodinâmica
 Quando dois corpos com temperaturas diferentes são colocados próximos ou em contato, 
tendem a atingir uma temperatura intermediária igual para os dois
 A lei zero diz que se dois corpos estão em equilíbrio com um terceiro, ambos estão em 
equilíbrio térmico entre si
 Assim, quando dois corpos estão em equilíbrio térmico, possuem a mesma temperatura!
 Temperatura é uma medida da energia cinética média das moléculas. Corpos a mesma 
temperatura garantem que suas moléculas tem energias cinéticas médias iguais
 Entretanto, ter a mesma temperatura, não significa ter a mesma energia térmica, pois esta 
também depende da quantidade de matéria dos corpos.
 O grau de agitação das moléculas está relacionado com a energia térmica e não somente com a 
temperatura. Logo, o grau de agitação depende da massa do corpo.
Termômetro
 Instrumento que utiliza a propriedade de um corpo que muda de forma (volume) com a variação de 
temperatura
 Termômetro de mercúrio: utiliza a dilatação térmica para medição
 Termômetro digital: utiliza a resistência variável como sensor de temperatura
 Para que seja possível medir a temperatura o termômetro tem de estar perto ou encostado no objeto 
pois a temperatura correta do objeto será aquela do equilíbrio térmico.
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Escalas de Temperatura
 Celsius (º#)
 0 º# – ponto de fusão do gelo
 100 º# – ponto de evaporação da água (em 
pressão atmosférica normal, nível do mar)
 Fahrenheit (º$)
 32 º$ – ponto de fusão do gelo
 212 º$ – ponto de evaporação da água
 Definição da escala Fahrenheit:
 0 º$ – temperatura de uma mistura de água, 
gelo e sal de amônia � %17,78 º#
 100 º$ – temperatura do corpo humano �
37,78 º#
 Kelvin '�( – temperatura absoluta
 Não tem graduação
 Zero Kelvin: menor temperatura possível
 Energia de translação das moléculas igual a 
zero (situação hipotética)
 273 � – ponto de fusão do gelo
 373 � – ponto de evaporação da água
 Outros pontos
 0 � � %273,15 º# � %459,67 º$
Calibração de termômetros
 Marcar o ponto de gelo e o ponto de vapor (sob pressão normal, ao nível do mar)
 Dividir as marcações em 100 partes (ºC) ou 180 partes (ºF, início 32, fim 212).
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Conversão de Temperaturas
 Sistema de diferenças de 
temperatura e equivalência de 
segmentos.
 Meio menos baixo sobre Cima 
menos baixo é igual para os 
termômetros:
# % 0
100 % 0
�
$ % 32
212 % 32
�
� % 273
373 % 273
#
100
�
$ % 32
180
�
� % 273
100
#
5
�
$ % 32
9
�
� % 273
5
Isso é válido pois os valores 
das temperaturas não são 
proporcionais, mas as 
variações de temperatura 
são! Assim:
Δ#
5
�
Δ$
9
�
Δ�
5
Fixação, R: A
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Fixação, R: C 
Propostos, R: D
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Lista, R: 08+16
Lista, R: C
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Lista, R: 01+02+08
Lista, R: C