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TERMOLOGIA
A Termologia é uma parte da Física que se dedica a analisar os fenômenos que dizem respeito ao calor. Divide-se a mesma em Termometria, Dilatação Térmica, Calorimetria e Termodinâmica.
1.TERMOMETRIA Como o nome diz, refere-se ao estudo da medida da temperatura (metria=medir, termo=temperatura)
1.1.CALOR
Fisicamente, denomina-se calor ao trânsito da energia térmica de um corpo de temperatura maior para outro de temperatura menor.
1.2.TEMPERATURA
Segundo a definição acima, quanto maior é a agitação das partículas de um corpo, mais alta será sua temperatura. Podemos notar este fato observando a água quando começa a ferver. Vemos que o nível de agitação das partículas é tão grande que as mesmas começam a “pular” e até a sair do vasilhame, vindo a caracterizar a evaporação.
1.3.EQUILÍBRIO TÉRMICO Imagine dois corpos. Um com temperatura bastante elevada e outro com a temperatura bem baixa. Vamos colocar os dois corpos em contato e livres de interferências de temperaturas externas. Veremos que após um tempo o corpo mais frio terá ficado menos frio e o mais quente terá ficado menos quente. Ao final, teremos os dois corpos na mesma temperatura, que chamamos de Equilíbrio Térmico.
1.4.TERMÔMETRO
É um instrumento destinado a medir a temperatura.Seu funcionamento baseia-se na variação de comprimento de uma haste metálica, ou na variação do volume de um gás, na cor de um sólido , ou até mesmo na resistência elétrica de um material, tudo em função da temperatura.
1.5.ESCALA TERMOMÉTRICA
Num termômetro, chama-se escala termométrica as divisões que o mesmo possui, relacionadas com números.
1.6.ESCALA CELSIUS
Apesar de existirem várias escalas termométricas, foi adotada como internacional pelos cientistas a escala Celsius , a qual anteriormente era denominada
Temperatura de um corpo é a medida do nível de agitação das partículas desse corpo.
centigrada , pois sua divisão é de 100 partes desde zero grau até 100 graus. Sua denominação é feita com o número seguido do ordinal e da letra C, por exemplo 0 ºC, 15ºC, e lê-se zero grau Celsius, 15 graus Celsius , etc.
1.7.ESCALA KELVIN
Nesta escala foi considerada a menor temperatura que poderia ter um corpo. Essa temperatura chama-se de zero absoluto , não sendo possível chegar-se a ela na prática, apenas muito próximo.
Na escala Kelvin os valores são grafados apenas com o número e a letra K, por exemplo: 23K. O zero dessa escala corresponde a -273ºC.
1.8.CONVERSÃO CELSIUS/KELVIN
Para traduzir uma temperatura de Celsius em Kelvin basta acrescentar 273 a mesma, e, no caso contrário, para converter-se para Celsius uma temperatura expressa em Kelvin, basta subtrair 273. Podemos traduzir isso pela fórmula abaixo:
TK = TC+
Onde TK = temperatura em Kelvin e TC = temperatura em Celsius.
1.9.CONVERSÃO ENTRE AS TRÊS ESCALAS
Pode ser obtida através da utilização de dois ou mais membros da seguinte fórmula:
1.10.ESCALA QUALQUER
Podemos estabelecer relações entre uma escala qualquer e qualquer outra escala conhecida, apenas sendo necessárias algumas relações matemáticas, conforme abaixo:
Utilizando a mesma barra de 100cm mas agora dobrando a temperatura em 20ºC, vemos que também a variação de comprimento dobrou. Nossa conclusão é que:
A variação de comprimento de uma barra é diretamente proporcional à variação de temperatura.
Se fizermos a mesma experiência, agora não com uma barra de ferro e sim com uma barra de chumbo, mantendo o mesmo comprimento de 100cm e o mesmo aumento de temperatura de 10ºC, veremos que a mesma irá também aumentar de comprimento mas agora será de 0,027cm. Com isso concluímos que:
A variação de comprimento de uma barra ao ser aquecida depende do material que a constitui.
Essas proporcionalidades acima podem ser descritas em termos de uma única expressão:
L=.L0.
onde:
L : variação do comprimento L0 : comprimento inicial
: variação da temperatura : coeficiente de dilatação linear
UNIDADE DO COEFICIENTE DE DILATAÇÃO LINEAR
Do exemplo com a barra de ferro podemos tirar: =L/(L0.) =0,012cm/(100cm. 10ºC) =0,000012 cm/(cm. ºC ) =0,000012 ºC-
Ou seja, a unidade para o coeficiente de dilatação linear é ºC-1, também chamada de grau Celsius recíproco.
2.2.DILATAÇÃO SUPERFICIAL
Da mesma maneira como vimos para a dilatação de uma barra, podemos concluir que a dilatação para uma chapa, uma placa, ou qualquer outro objeto que tenha duas medidas preponderantes (comprimento e largura) a dilatação de sua superfície será dada pela fórmula:
A=.Ao.
onde:
A e Ao referem-se à variação da área e área inicial
: variação da temperatura : coeficiente de dilatação superficial
2.3.DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA V=.Vo.
onde: V e Vo referem-se à variação do volume e vol. inicial
: variação da temperatura : coeficiente de dilatação volumétrica
2.4.DILATAÇÃO (FÓRMULA GENÉRICA) Podemos utilizar a fórmula abaixo, que substitui as três anteriores, desde que para isso utilizemos os valores apropriados.
X= x.Xo. T
onde: X: dilatação, a qual poderá ser linear, superficial ou volumétrica. Xo: medida inicial, a qual poderá ser o comprimento inicial, a área inicial e o
volume inicial. x: coeficiente de dilatação, o qual poderá ser , ou . T: variação de temperatura.
2.5.RELAÇÃO ENTRE OS COEFICIENTES DE DILATAÇÃO
2.6.DILATAÇÃO IRREGULAR DA ÁGUA
A água possui um comportamento diferente na sua dilatação. Quando a temperatura da água é aumentada de 0ºC a 4ºC o seu volume diminui. Acima de 4 ºC o volume aumenta, como as demais corpos. É por isso que por exemplo: a)Há um aumento na densidade, pois o volume diminui; b)Os lagos se congelam apenas na superfície, mantendo a parte de baixo líquida, o que possibilita a continuação da vida abaixo, tais como algas, peixes, etc.
2.7.DILATAÇÃO NOS LÍQUIDOS Utiliza-se a mesma fórmula para dilatação volumétrica. O cuidado aqui é em saber-se também a dilatação do recipiente onde o líquido se encontra. Apenas medindo-se a dilatação do líquido teremos Dilatação Aparente. A dilatação real é a aparente mais a dilatação do próprio recipiente.
OBSERVAÇÃO: -Como a dilatação resulta em modificação do volume, podemos concluir que a mesma influi também na densidade das substâncias/ (d=m/V). Um desses resultados observa-se na formação dos ventos. O ar, quando aquecido, dilata-se
VAPORIZAÇÃO: É a passagem do estado líquido para o gasoso e pode ocorrer de duas maneiras: EVAPORAÇÃO E EBULIÇÃO.
EVAPORAÇÃO: ocorre a qualquer temperatura e seu processo se dá de maneira lenta. Um exemplo são as roupas que se coloca a secar nos varais.
Este processo se dá através de algumas das moléculas do líquido, que estão em movimento, as quais conseguem escapar da superfície do líquido.
A velocidade de evaporação depende de três fatores: 1-quanto maior for a temperatura do líquido maior será a energia das moléculas que se encontram próximas a superfície, portanto maior velocidade de evaporação. Ex: a água à 80 graus evapora mais rápido do que à 20 graus. 2-quanto maior for a superfície do liquido em contato com o ar maior será a velocidade de evaporação. Ex.: um líquido num prato evapora mais rápido do que se estivesse em uma garrafa. 3-quanto maior a umidade próxima a superfície do líquido, menor a velocidade de evaporação porque as moléculas que iriam se desprender da superfície encontrarão já o espaço ocupado por outras moléculas. Ex: em dias úmidos as roupas custam mais a secar.
EBULIÇÃO: ocorre à uma determinada temperatura, característica de cada líquido, chamada TEMPERATURA DE EBULIÇÃO.
Cada substância possui uma determinada temperatura de ebulição e a mesma permanece constante enquanto se verifica o processo. Ex: a água entra em
ebulição à 100oC e permanece nessa temperatura enquanto estiver fervendo.
CONDENSAÇÃO: É a passagem do estado gasoso para o líquido. Isto se verifica quando se retira calor de uma substância que está em ebulição.
SUBLIMAÇÃO: É a passagem do estado sólido direto para o estado gasoso, sem passar pelo estado líquido. Ex: naftalina, CO2 sólido, cânfora.
CRISTALIZAÇÃO: É a passagem do estado gasoso direto para o estado sólido, sem passar pelo estado líquido. Ex: se aquecermos iôdo cristalino o mesmo irá evaporar. Colocando-se uma superfície fria logo acima da evaporação notaremos que o mesmo se liga a superfície na forma de pequenos cristais.
DETALHE IMPORTANTE: a água tem um comportamento diferente quando é
aquecida de 0 a 4oC pois seu volume diminui nessa faixa de temperatura. Após os
4oC volta a Ter o comportamento como as demais substâncias, ou seja, o volume aumenta. Isto explica o aparecimento dos Icebergs apenas com uma pequena parte de seu volume na superfície e também esta é a causa do congelamento apenas na superfície dos lagos, uma vez que, quando a água começa a perder temperatura, antes de congelar, tem seu volume diminuido, consequentemente tornando-se mais densa. Como é mais densa a camada superior desloca-se para
baixo até que a temperatura diminui de 0oC onde não há mais diminuição do volume, congelando então apenas a parte superior. Isto mantém as espécies marinhas vivas.
