Termometria: Escalas e Conceitos

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Termometria
Escalas Termométricas
CONCEITOS INICIAIS
➭ Temperatura: medida do grau de
agitação das moléculas. Quanto maior a
temperatura, maior o grau de agitação
das moléculas.
⤷ grandeza que caracteriza o estado
térmico de um sistema.
⤷ As sensações de quente e frio são
individuais e subjetivas, dependendo do
indivíduo e das condições a que ele está
sujeito. ➭ diferente da temperatura.
⤷ Imaginemos um balão de borracha,
fechado, com ar em seu interior. O ar é
constituído de pequenas partículas que
se movimentam em todas as direções.
Aquecendo o ar, o balão estufa,
aumentando de tamanho. O que
provocou isso? Foi o ar em seu interior,
que, ao ser aquecido, empurrou mais
fortemente as paredes elásticas,
aumentando o volume do balão. Isso
ocorre porque as partículas de ar
movimentam-se, possuindo certa
velocidade, certa energia cinética. ➭
Quando aumentamos a temperatura
dessas partículas por aquecimento, essa
energia cinética aumenta, intensificando
os choques dessas partículas com as
paredes internas do balão, o que produz
aumento de volume. Assim, podemos
associar a temperatura do ar à energia
cinética de suas partículas, isto é, ao
estado de movimento dessas partículas.
➭ Calor: uma energia em trânsito, que
flui de forma espontânea do corpo que
possui menor temperatura para o que
tem maior temperatura.
NÃO CONFUNDA
➭ Temperatura: é a medida de agitação
das moléculas, é apenas um número
acompanhado de sua unidade para
ter-se ideia do grau de agitação das
moléculas.
➭ Energia: é a quantidade de agitação
dessas mesmas moléculas.
➭ Energia Térmica: mais conhecida
como calor, é a energia que flui entre
corpos de diferentes temperaturas.
TERMÔMETRO
➭ Não temos condição de medir
diretamente a energia de agitação das
moléculas de um corpo.
⤷ Isso deve ser feito por um processo
indireto, usando-se um segundo corpo
que sofra alterações mensuráveis em
suas propriedades físicas quando do
processo de busca do equilíbrio térmico
com o primeiro. A esse corpo chamamos
de termômetro.➭O mais conhecido é o
termômetro de mercúrio. Há outros
tipos de termômetros como os que usam
resistores, gás, etc.
ESCALAS TERMOMÉTRICAS
➭ É um conjunto de valores numéricos
em que cada valor está associado a uma
determinada temperatura.
⤷ Como uma escala termométrica é
constituída por um conjunto de valores
arbitrários, um mesmo estado térmico
pode ser representado em escalas
termométricas diversas, por valores
numéricos diferentes.
➭ Os valores numéricos de uma escala
termométrica são obtidos a partir de
dois valores atribuídos previamente a
dois estados térmicos de referência, bem
definidos, denominados pontos fixos.
PONTOS FIXOS FUNDAMENTAIS
➭ Para facilidade de obtenção prática,
são adotados usualmente como pontos
fixos os estados térmicos
correspondentes ao gelo fundente e à
água em ebulição, ambos sob pressão
normal. Esses estados térmicos
costumam ser denominados ponto do
gelo e ponto do vapor, respectivamente,
e constituem os pontos fixos
fundamentais.
ESCALA CELSIUS E FAHRENHEIT
➭ Celsius: mais utilizada no mundo.
Inicialmente era utilizado 0 para o ponto
de ebulição da água e o valor 100 para
seu ponto de congelamento. Lineu
inverteu essa escala.
⤷ Hoje, usa-se 0 para o ponto de
congelamento e 100 para o ponto de
ebulição.
➭ Temos 100 divisões iguais entre os
pontos fixos, cada divisão
correspondendo à unidade da escala,
que recebe o nome de grau Celsius,
simbolizando por ºC.
➭ Fahrenheit: para o ponto 0, ele
utilizou a temperatura de uma mistura
de gelo e cloreto de amônia e, para o
ponto 100, a temperatura do corpo
humano. Mais tarde passou a usar a água
como referência.
⤷ Sua escala assinalava 32 para o ponto
do gelo e 212 para o ponto do vapor.
Utilizada em países de língua inglesa.
➭ Temos 180 divisões iguais entre os
pontos fixos, sendo a unidade da escala
denominada grau Fahrenheit,
simbolizado por ºF.
CONVERSÃO ENTRE AS ESCALAS
CELSIUS E FAHRENHEIT
➭ A que valor corresponde, por
exemplo, 60º C ?
⤷ Para fazer essa correspondência,
vamos utilizar dois termômetros
idênticos de mercúrio, sendo um
graduado na escala Celsius e outro, na
Fahrenheit. Ao colocá-los em contato
com um mesmo corpo, observamos que
as alturas de mercúrio são iguais, mas
por se tratarem de escalas distintas, os
valores numéricos assinalados são
diferentes (θC e θF).
➭ Perceba que os intervalos de
temperaturas correspondentes nos dois
termômetros são proporcionais. Assim,
vale a relação:
➭ Equação de conversão:
VARIAÇÃO DE TEMPERATURA
➭ Para converter uma variação de
temperatura em graus Celsius para
graus Fahrenheit, ou vice-versa, observe
o esquema abaixo, em que comparamos
essas duas escalas.
⤷ Note que a variação em uma das
escalas é proporcional à variação
correspondente na outra. Assim,
podemos afirmar que:
O ZERO ABSOLUTO
➭ Imagine um sistema físico qualquer.
Quando o aquecemos, sua temperatura
se eleva, aumentando o estado de
agitação de suas partículas. Se o
esfriamos, sua temperatura diminui
porque o estado de agitação das
partículas também diminui. Se
continuarmos a esfriar esse sistema, o
estado de agitação das partículas
diminuirá mais e mais, tendendo a um
mínimo de temperatura, denominado
zero absoluto.
⤷ Zero absoluto é o limite inferior de
temperatura de um sistema. É a
temperatura correspondente ao menor
estado de agitação das partículas, isto é,
um estado de agitação praticamente
nulo.
➭ No zero absoluto, ainda existe nas
partículas do sistema uma quantidade
finita, não nula, de energia cinética. Essa
energia é denominada energia do ponto
zero.
ESCALA ABSOLUTA
➭ Kelvin, verificou experimentalmente
a variação da pressão de um gás a
volume constante. Por meio de uma
extrapolação, ele concluiu que a menor
temperatura que aquele gás poderia
atingir coincidia com a anulação da
pressão.
⤷ As variações de pressão foram
plotadas (marcadas) em um gráfico, em
função da temperatura Celsius. O
prolongamento do gráfico levou-o ao
valor -273,15ºC, que foi denominado
zero absoluto. Para facilitar é utilizado
-273ºC.
➭ A escala Kelvin, também denominada
escala absoluta, tem sua origem no zero
absoluto e utiliza o grau Celsius como
unidade de variação.
⤷ Equação de conversão entre as escalas
Celsius e Kelvin é dada por: