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TERMOLOGIA
1 – Introdução Estudaremos dentro deste capítulo termômetros, escalas e funções termométricas. Veremos como transformar de uma escala para outra e porque isto é importante. A discussão sobre temperatura é muito antiga, muitas vezes imaginamos essa grandeza de forma errada, confundimos calor com temperatura e a pergunta fica – Temperatura e Calor são as mesmas coisas? Vejamos se você é capaz de distinguir as duas grandezas.
2 – Termômetro Instrumento utilizado para medir o grau de agitação térmica de um corpo, ou seja, a temperatura. Ele pode ser dividido em três partes:
(i) Bulbo - Parte que contém a substância termométrica; (ii) Capilar - Maior parte do termômetro, ela contém a escala termométrica; (iii) Substância Termométrica - Substância colocada no interior do termômetro, deve possuir dilatação regular, geralmente a substância utilizada é o mercúrio. O termômetro funciona com o princípio de equilíbrio térmico, ou seja, ao ser colocado em contato com um corpo ao passar do tempo ele atinge o equilíbrio térmico com corpo fazendo com que a substância termométrica se dilate ou contraia, quando isso ocorrer ela indicará um valor. Mas para ter esse valor é necessário ter escalas numéricas no Capilar, para isto ocorrer os termômetros são feitos baseados em dois pontos de fácil marcação.
(i) Ponto de Gelo : Temperatura na qual ocorre a fusão do gelo em água (ao nível do mar e latitude 45o);
(ii) Ponto de Vapor : Temperatura na qual ocorre a ebulição da água (ao nível do mar e latitude 45o).
3 – Escalas Termométricas
Abordaremos três escalas uma que é utilizada no Brasil e na maior parte do mundo que é a escala Celsius desenvolvida pelo físico sueco Anders Celsius (1701 – 1744). A segunda escala é utilizada pelo Estados Unidos é a escala Fahrenheit desenvolvida por Daniel G. Fahrenheit (1685 – 1736). A terceira é a
escala absoluta Kelvin desenvolvida por William Thomson (1824 – 1907), mais conhecido por Lorde Kelvin ela é utilizada pelo Sistema Internacional de Unidades.
É importante dizer que a escala Kelvin não utiliza em seu símbolo o grau o.
Para relacionar as escalas e determinar uma relação de conversão entre elas basta elaborar uma expressão de proporção entre elas, podemos fazer da seguinte forma:
ou ainda:
Dividindo todos os denominadores por 20, temos:
Para utilizar essa expressão basta tomarmos duas delas, por exemplo, se
tivermos uma temperatura de 72oF quanto seria em oC?
Para entender melhor façamos um exemplo. Uma variação de 20oC corresponde a uma variação de quanto nas escalas Celsius e Kelvin
Dados: tC = 20oC; tF = ?; tK =?
Solução
5 – Dilatação Térmica Neste capítulo discutiremos como os corpos se dilatam após serem aquecidos. È importante sabermos que isto é um fenômeno que está em nosso dia-a-dia. Os trilhos do trem que se dilatam, os cabos elétricos, as placas de concreto de um viaduto e outros casos. Existe também a dilatação nos líquidos e estudaremos suas particularidades neste capítulo.
5.1 – dilatação térmica dos sólidos Começaremos discutindo a dilatação em sólidos. Para um estudo mais detalhado podemos separar essa dilatação em três tipos: dilatação linear (aquela que ocorre em apenas uma dimensão), dilatação superficial (ocorre em duas dimensões) e dilatação volumétrica (ocorre em três dimensões).
5.1.1 – dilatação linear Quando estamos estudando a dilatação de um fio, teremos a ocorrência predominante de um aumento no comprimento desse fio. Essa é a característica da dilatação linear. Imaginemos uma barra de comprimento inicial Lo e
temperatura inicial to. Ao aquecermos esta barra para uma temperatura t ela
passará a ter um novo comprimento L. Vejamos o esquema:
A dilatação é dada por:
L = L - Lo
Existe uma outra forma de determinar esta dilatação?
Para responder a questão anterior devemos avaliar outra questão:
Do que depende a dilatação linear de uma barra?
Poderíamos citar:
o comprimento inicial; a variação da temperatura; o tipo do material.
Logo temos que:
Onde:
Lo............comprimento inicial; .............coeficiente de dilatação linear; t............variação da temperatura (t – to).
O coeficiente de dilatação linear é a grandeza que indica o material utilizado. Cada material possui um diferente. Ele é o fator determinante para escolhermos um material que não se dilata facilmente ou o contrário.
É fácil demonstrar que (faça você):
Unidades Usuais:
O coeficiente de dilatação superficial é a grandeza que indica o material utilizado. A relação do coeficiente de dilatação superficial com o linear é dada por:
(Fale para o teu professor demonstrar para você)
É fácil demonstrar que (faça você):
Unidades Usuais:
Ao............centímetro quadrado (cm2); .............oC-1; t............Celsius (oC).
5.1.3 – dilatação volumétrica Quando estamos estudando a dilatação de um paralelepípedo, teremos a ocorrência predominante de um aumento no volume desse corpo. Essa é a característica da dilatação volumétrica. Imaginemos um paralelepípedo de volume inicial Vo e temperatura inicial to. Ao aquecermos este corpo para uma
temperatura t ele passará a ter um novo volume V. Vejamos o esquema:
A dilatação é dada por:
V = V - Vo
Existe uma outra forma de determinar esta dilatação?
Para responder a questão anterior devemos avaliar outra questão:
Do que depende a dilatação volumétrica do paralelepípedo?
Poderíamos citar:
o volume inicial; a variação da temperatura; o tipo do material.
Logo temos que:
Onde:
Vo............volume inicial; .............coeficiente de dilatação volumétrica; t............variação da temperatura (t – to).
O coeficiente de dilatação volumétrica é a grandeza que indica o material utilizado. A relação do coeficiente de dilatação volumétrica com o linear é dada por:
(Fale para o teu professor demonstrar para você)
É fácil demonstrar que (faça você):
Unidades Usuais:
Vo............centímetro cúbico (cm3); .............oC-1; t............Celsius (oC).
5.2 – dilatação térmica dos líquidos
Como um líquido não possui forma definida (ele terá a forma do volume que o contém) sua dilatação respeita tudo o que vimos na dilatação volumétrica.
