Introdução à Termodinâmica e Escalas Termométricas

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TERMOLOGIA
 
Tópicos Abordados Nesta Aula
● A lei zero da termodinâmica (Troca de Calor)
● Escalas Termométricas
1)Escala Celsius 
2)Escala Kelvin
3)Escala Fahrenheit
● Exercícios Propostos
 
Termodinâmica
A termodinâmica explica as principais propriedades da matéria e a 
correlação entre estas propriedades e a mecânica dos átomos e 
moléculas
O estudo da termodinâmica envolve 
• Conceitos de transferências de energia, entre um sistema e seu 
ambiente 
• As variações resultantes na temperatura ou mudanças de estados.
Questões práticas tratadas pela termodinâmica
• Como um refrigerador arrefece ?
• Que tipos de transformações ocorrem num motor de carro? 
• Porque uma bomba de bicicleta se aquece enquanto alguém enche o 
pneu? 
 
Termodinâmica
A termodinâmica trata das transformações da matéria nos seus quatro estados 
SÓLIDO LÍQUIDO GÁS PLASMA
 
As Leis da Termodinâmica
A Termodinâmica é baseada em princípios estabelecidos experimentalmente
Teoria Cinética dos Gases
Propriedades Microscópicas
• A Lei Zero Termodinâmica – Estabelece uma base para a medição de 
temperatura.
• A Primeira Lei da Termodinâmica – Relaciona a conservação da Energia, 
e a geração de Trabalho.
• A Segunda Lei da Termodinâmica – Determina uma direção privilegiada para 
determinados processos. Certos processos não podem ser desfeitos 
(Tendência de aumento do Caos).
Propriedades Macroscópicas
 
A Temperatura
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Se os corpos estiverem a temperaturas 
diferentes, a energia pode ser trocada entre eles 
por meio de, por exemplo, calor ou radiação 
electromagnética
No equilíbrio térmico os corpos em contacto 
térmico deixam de trocar energia 
Termómetro – um dispositivo calibrado para 
medir a temperatura do corpo
Diz-se que estão em contacto térmico os corpos 
que podem trocar energia uns com os outros desta 
maneira
Frequentemente associamos o conceito de temperatura com o grau de calor 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 
 
A Lei Zero da Termodinâmica
Se forem colocados em contacto térmico um com 
o outro, como na Figura (c), não haverá nenhuma 
transferência de energia entre eles.
Assim, podemos enunciar a Lei Zero como:
“Se os corpos A e B estiverem separadamente em equilíbrio térmico com um 
terceiro corpo C, então A e B estão em equilíbrio térmico entre si”
A temperatura é a propriedade que determina se um corpo está em equilíbrio 
térmico com outros corpos
● Dois corpos em equilíbrio térmico entre si estão na mesma temperatura
Se as duas leituras forem as mesmas, então A 
e B estão em equilíbrio térmico um com o 
outro.
Considere dois corpos A e B que não estão em 
contacto térmico e um terceiro corpo C que será 
o nosso termómetro
 
Termômetros
Os termómetros são dispositivos utilizados para medir a temperatura de um corpo 
ou de um sistema com o qual o termómetro está em equilíbrio térmico.
Algumas das propriedades físicas que mudam com a temperatura e que são 
usadas nos termómetros:
• O volume de um líquido (a)
• 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
• Alteração de coloração de um material
Ver Termopar
Ver Radiação
 
Escala Celsius de Temperatura (°C)
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As extremidades da coluna do líquido no 
termómetro foram marcadas em dois pontos:
• Ponto de fusão do gelo - 0 C 
• Ponto de ebulição da água - 100 C 
A distância entre as marcas é dividida em 
100 seguimentos iguais, cada um 
denotando uma variação na temperatura 
de um grau Celsius. 
O grau Celsius (°C) designa a unidade de temperatura, assim denominada em 
homenagem ao astrônomo sueco Anders Celsius (1701–1744), que foi o primeiro a 
propô-la em 1742. A escala de temperatura Celsius possui dois pontos importantes, 
onde ponto de congelação (congelamento) da água corresponde ao valor zero e o 
ponto de ebulição corresponde ao valor 100, observados a uma pressão atmosférica 
padrão, também chamada de pressão normal.
 
O Termómetro de Gás a Volume Constante
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 
A altura h (a diferença entre os níveis do 
reservatório e da coluna A) indica a 
pressão no frasco, de acordo com a 
equação: 
ghPP  0
Lei de Stevin
 
O Termómetro de Gás a Volume Constante e
 a Escala Kelvin (K)
Se quisermos medir a temperatura de uma substância, colocamos o frasco de 
gás em contacto térmico com a substância e ajustamos a coluna de mercúrio até 
que o nível na coluna A retorne a zero 
A altura da coluna nos informa a pressão do gás e podemos, então, encontrar a 
temperatura da substância a partir da curva de calibração. 
Curva de calibração
 
O Termómetro de Gás a Volume Constante e
 a Escala Kelvin (K)
A Figura mostra a curva de calibração para três gases diferentes
Observamos que se estendermos as 
retas rumo às temperaturas negativas, 
para P=0, a temperatura será 
de –273.15 C.
Tal temperatura deve representar um limite inferior para os processos físicos porque a 
pressão mais baixa possível é P=0 (seria um vácuo perfeito) 
Isso sugere que essa temperatura em 
particular tem importância universal pois 
não depende da substância usada no 
termómetro .
Definimos a temperatura de –273.15 C como sendo o zero absoluto. 
Suponha agora que as temperaturas são medidas com vários termómetros de gás 
que contêm gases diferentes. 
 
A Escala Kelvin (K)
A escala Kelvin de temperatura estabelece –273.15 C como seu ponto zero (0 K) 
O tamanho de um grau na escala Kelvin é escolhido para ser idêntico ao tamanho 
de um grau na escala Celsius 
TTC 
Conversão entre as temperaturas na 
escala Kelvin e Celsius
15.273 TTC
TC é a temperatura na escala Celsius
T é a temperatura na escala Kelvin 
(temperatura absoluta )
Atualmente o primeiro ponto é o zero 
absoluto e o segundo ponto é o ponto 
triplo da água em 273.16 K (1954 
Assim, a unidade da temperatura do SI, o 
Kelvin, é definida como 1/273.16 da 
temperatura do ponto triplo da água.
 
A Escala Fahrenheit (°F)
A escala de temperatura mais comum no uso diário nos Estados Unidos é a 
escala Fahrenheit 
• Ponto de fusão em 32 F 
• Ponto de vapor em 212 F
Relação entre as escala Celsius e 
Fahrenheit
32
5
9
 CF TT F 
CF TT  5
9
O tamanho de um grau na escala 
Celsius é diferente ao tamanho de 
um grau na escala Fahrenheit
 
Relação Entre Escalas Termo-métricas
 
Termometria
Correspondência entre algumas temperaturas:
Temperatura °C °F
Ponto de ebulição da água 100,0 212,0
Temperatura média do corpo 
humano
37,0 98,6
Nível de Temperatura 
confortável
20,0 68,0
Ponto de congelamento da água 0,0 32,0
Zero da escala Fahrenheit -18,0 0,0
Ponto de coincidência das 
leituras das escalas
-40,0 -40,0
 
Exercícios Propostos
1) A diferença de temperatura entre o interior e a parte externa 
do motor de automóvel é de 450°C.
Expresse esta diferença de temperatura (a) na escala 
Fahrenheit e (b) na escala Kelvin.
2) O nitrogênio líquido tem um ponto de ebulição de -195,81°C 
na pressão atmosférica. Expresse esta temperatura em 
a) Fahrenheit
b) Kelvin
 
Exercícios Propostos
3) Converta as seguintes temperaturas em suas equivalentes 
na escala Celsius e Kelvin:
a) a temperatura do corpo humano, 98,6°F;
b) a temperatura do ar em um dia frio, -5,0°F.
4) Qual temperatura a escala Fahrenheit indica uma leitura 
igual a 
a) duas vezes a da escala Celsius;
b) metade da escala Celsius?
 
Exercícios Propostos
5) A temperatura do Sol é cercade 6000K. Expresse este valor 
na escala Fahrenheit.
6) Suponha que numa escala de temperatura X, a água ferva a 
-53,5°X e congele a -170°X. Qual o valor de 340K, na escala 
X?
7) Um estudante de enfermagem observa que a temperatura 
de certo paciente variou de 5°C. A variação correspondente na 
escala Fahrenheit será de:
a) 4°
b) 9°
c) 12°
d) 15°
e) 25°
 
Exercícios Propostos
8) No mapa abaixo, está representada a variação média da 
temperatura dos oceanos em um determinado mês do ano. Ao lado, 
encontra-se a escala, em graus Celsius, utilizada para a elaboração 
do mapa.
Determine, em graus Kelvin, o 
módulo da variação entre a 
maior e a menor temperatura da 
escala apresentada.
R: ΔC = ΔK = 8K
 
Exercícios Propostos
09) (FATEC – SP) Certo dia, um viajante verificou que a temperatura local acusava 
X°F. Se a escala utilizada tivesse sido a Celsius, a leitura seria 52 unidades mais 
baixa. Essa temperatura é:
a) agradável
b) 50°C
c) 84°C
d) 100°C
e) acima de 100°C
10) (MACLENZIE) O quíntuplo de uma certa indicação de temperatura registrada 
num termômetro graduado na escala Celsius excede em 6 unidades o dobro da 
correspondente indicação na escala Fahrenheit. Esta temperatura, medida na 
escala Kelvin, é de:
a) 50K
b) 223K
c) 273K
d) 300K
e) 323K 
R: A
R: E
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