Termometria: Escalas Termométricas e Conceitos Fundamentais - Física para o Ensino Médio, Slides de Matérias técnicas

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Área - Física

Ensino Médio, 2ª Série

Escalas

termométricas

TERMOLOGIA é a parte da Física que estuda os

fenômenos relacionados com o calor e a temperatura.

FÍSICA, 2ª Série Escalas Termométricas Imagem: Gérald Tapp / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported Imagem: Fir0002, flagstaffotos.com.au / GNU Free Documentation License / http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fire02.jpg

 As partículas constituintes dos corpos estão em contínuo movimento.

Entende-se temperatura, como sendo uma grandeza que mede a

maior ou menor intensidade dessa agitação térmica.

A quantidade que informa quão quente ou frio é

um objeto em relação a algum padrão é chamada

de temperatura (1).

Menor temperatura Maior temperatura Imagens: SEE-PE

Se os corpos estiverem a temperaturas diferentes, a energia pode ser trocada entre eles (2). No equilíbrio térmico os corpos em contato térmico deixam de trocar energia. Frequentemente associamos o conceito de temperatura com o grau de quente 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. Imagem: SEE-PE

Termometria Termômetro – Um dispositivo calibrado para medir a temperatura do corpo. É a partir da termologia que se estudam os processos de medição da temperatura de um corpo. Imagem: Zwager / Public Domain

COMO MEDIR A TEMPERATURA Algumas das propriedades físicas que mudam com a temperatura e que são usadas nos termômetros:

• (^) o volume de um líquido;
• (^) 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 eléctrica de um condutor;
• (^) a cor de um corpo quente. Imagem: Geof from de.wikipedia.org / GNU Free Documentation License

Termômetro

• (^) Instrumento destinado a medir

a temperatura dos corpos;

• (^) A medida da temperatura é

feita de forma indireta;

• (^) Grandezas e substâncias

termométricas;

Escalas Termométricas - GRADUAÇÃO

Escalas Termométricas Escala Celsius A Escala Celsius construída em 1742, pelo físico e astrônomo sueco Anders Celsius, que adotou para o ponto de fusão de gelo o valor 0 (zero) e para o ponto de ebulição da água o valor 100 (cem). Dividiu-se o intervalo obtido entre os pontos fixos em cem partes iguais, em que cada parte corresponde a uma unidade da escala e foi denominada de grau Celsius , cujo símbolo é o °C. Como o intervalo entre os pontos fixos dessa escala foi dividido em cem partes iguais, ela recebeu o nome de centesimal e, atualmente, a Escala Celsius é a mais utilizada em todo o mundo (4). Imagem: Olof Arenius / Astronomical observatory of Uppsala University / Public Domain. Imagem: Pearson Scott Foresman / Wikimedia Foundation /Public Domain

Daniel Gabriel Fahrenheit, polonês e muito rico, viveu de 1686 a 1736. Inspirou-se, para construir a sua escala termométrica, no grande físico dinamarquês Olaus Roemer, que foi a primeira pessoa a medir a velocidade da luz. Roemer construía termômetros, e Fahrenheit, que nessa época vivia em Copenhagen, costumava visitá-lo para aprender a fazer termômetros também. Roemer usava como temperaturas a solução em equilíbrio de água e gelo, e a temperatura do corpo humano (6). Qual a proporção de água para sal, usada por Fahrenheit na sua experiência em que desenvolveu a escala de mesmo nome? Imagem: Autor Desconhecido, 1735 / Horrebows Basis Astronomiæ / United States Public Domain Olaus Roemer trabalhando em seu laboratório.

Quando começou a construir os seus termômetros, Fahrenheit procedia assim: colocava os termômetros (vários deles) em mistura de água com gelo e marcava neles o valor 30; a seguir, colocava - os (um a um, é claro) na axila "de uma pessoa com saúde" e marcava 90. A esta altura, os termômetros já estavam calibrados. Para testar a calibração, colocava-os depois em uma mistura de água, gelo e sal do mar, ou de água, gelo e sal de amônia, e exigia que todos marcassem a mesma temperatura. Essa mistura era feita na hora, sem proporções especificadas, pois servia só para verificar se todos marcavam a mesma temperatura. Isto está relatado no seu trabalho, publicado nas Philosophical Transactions of the Royal Society of London, volume 33, página 78, de 1724. Portanto, ele não diz em lugar nenhum quais as proporções da mistura, e provavelmente ele mesmo não sabia, e nem era necessário, para o fim a que se destinava. Mais tarde, a temperatura da mistura água-gelo passou a ser chamada de 32, e a do corpo humano de 96. Esta última, é claro, não se usa mais: usa-se, como você sabe, a temperatura de ebulição da água a uma pressão bem estabelecida (7). Imagem: Autor Desconhecido / United States public domain Assinatura: Daniel Gabriel Fahrenheit / United States Public Domain

• (^) Em países de clima frio, as temperaturas assumem, quase sempre, valores positivos na escala Fahrenheit, o que não é acompanhado pela graduação em Celsius. O zero Fahrenheit é - 17,78 °C, portanto, poucas serão as situações em que serão apresentados valores negativos na previsão do tempo, o que facilita a compreensão de temperatura pelos habitantes de países de clima frio, principalmente para cálculos de amplitude térmica pelos mais humildes. (Exemplo: uma cidade com temperatura abaixo do ponto de fusão da água somente durante a noite) (9). VANTAGENS Imagem: Pearson Scott Foresman / Wikimedia Foundation /Public Domain

• (^) O fato de existir uma maior quantidade de números em um mesmo intervalo, quando comparados Fahrenheit e Celsius (1,8 pra 1) faz com que todos os arredondamentos para valores inteiros se mostrem muito mais próximos do valor real. Entretanto, críticos sugerem que, mesmo a diferença de 1 grau na escala Celsius (para a temperatura da cidade) é uma variação muito pequena para ser atribuída uma vantagem a esta característica. Antigamente, na época da criação do sistema, esta era uma vantagem válida para medições meteorológicas que deviam ser as mais acuradas possíveis, principalmente para estudos físicos e registros históricos (10). VANTAGENS

Escala kelvin

O Termômetro de Gás

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 (12). A altura h (a diferença entre os níveis do reservatório e da coluna A) indica a pressão no frasco, de acordo com a equação: P  P   gh 0 Imagem: Autor Desconhecido / United States public domain Imagem: Kuroisam / Public Domain

Se quisermos medir a temperatura de uma substância, colocamos o frasco de gás em contato 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 (13).

Curva de calibração

Imagem: Kuroisam Imagem: SEE-PE / Public Domain