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
Temperatura de um corpo é a medida do nível de
agitação das partículas desse corpo.
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Apesar de existirem várias escalas termométricas, foi adotada como internacional
pelos cientistas a escala Celsius, a qual anteriormente era denominada
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
0ºC, 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+273
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:
2_ PONTO
1_ PONTO
ESCALA X ESCALA Y
X Y
X1 Y1
X2 Y2
C F K
5
32
9
273
5
=
−
=
−
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2.DILATAÇÃO TÉRMICA
As propriedades físicas de um corpo, tais como comprimento, dureza,
condutividade elétrica, todas podem ser alteradas em função da alteração na
temperatura desse corpo.
Alguns exemplos:
-os sistemas antigos de trilhos de trens mantém entre cada lance um pequeno
espaço vazio. Isso se deve ao conhecimento que temos de que, quando aquecido,
o ferro irá aumentar seu comprimento e, não havendo para onde se expandir,
poderá causar danos à via férrea. (modernamente utilizam-se as curvas para dar
vazão ao aumento no comprimento dos trilhos quando da dilatação).
-As calçadas de cimento possuem, de longe em longe, pequenas canaletas, de
cerca de 1cm. Isto evita que no verão, submetidas às altas temperaturas, as
mesmas dilatem e se quebrem, sem ter para onde expandir.
-Todos lembramos de uma experiência que fazíamos no primeiro grau, na qual
havia uma esfera de metal presa a uma haste . Esta esfera, à temperatura
ambiente, passava perfeitamente por dentro de uma argola. Após aquecida
notávamos que já não era possivel a mesma passar. Concluíamos que isso se
devia à dilatação sofrida pela esfera, o que se dava nas tres direções, ou seja,
uma dilatação volumétrica.
Em todos os casos exemplificados acima estamos verificando uma variação nas
dimensões dos sólidos estudados. No primeiro houve, principalmente, uma
dilatação linear, no segundo, superficial e no terceiro volumétrica.
Destacamos que essa dilatação é notadamente numa direção, pois, na realidade,
a mesma se dá em todos os sentidos em qualquer um dos três casos. Para efeitos
didáticos costuma-se estudar apenas aquela direção na qual a dilatação (ou
contração) se dá em maior proporção.
2.1.DILATAÇÃO LINEAR
Ao elevarmos em 10ºC a temperatura de uma barra de ferro de 1m iremos
verificar que seu comprimento aumenta em 0,012cm.
Quando fizemos a mesma experiência com uma barra de ferro com o dobro do
comprimento da primeira, notamos que o aumento do comprimento também foi o
dobro do verificado na primeira barra. Isso nos leva a uma conclusão importante:
A variação de comprimento de uma barra ao ser aquecida é diretamente
proporcional ao seu comprimento inicial.
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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:
DL=a.L0.Dq
onde:
DL : variação do comprimento
L0 : comprimento inicial
Dq : variação da temperatura
a : coeficiente de dilatação linear
UNIDADE DO COEFICIENTE DE DILATAÇÃO LINEAR
Do exemplo com a barra de ferro podemos tirar:
a=DL/(L0.Dq)
a=0,012cm/(100cm . 10ºC)
a=0,000012 cm/(cm . ºC )
a=0,000012 ºC-1
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:
DA=b.Ao.Dq
onde:
DA e Ao referem-se à variação da área e área inicial
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Dq: variação da temperatura
b: coeficiente de dilatação superficial
2.3.DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA
DV=g.Vo.Dq
onde:
DV e Vo referem-se à variação do volume e vol. inicial
Dq: variação da temperatura
g: 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.
DX= x.Xo. DT
onde:
DX: 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 a, b ou g.
DT: variação de temperatura.
2.5.RELAÇÃO ENTRE OS COEFICIENTES DE DILATAÇÃO
a b g
1 2 3
= =
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
4ºC 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
e, por ter então menor densidade, sobe. Quando esfriar irá descer. Isto causa as
correntes de ar por rarefação.
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SÓLIDO LÍQUID
O
VAPOR
FUSÃO
SOLIDIFICAÇÃ CONDENSAÇÃO
VAPORIZAÇÃO
-Veja que também na geladeira doméstica, quando abrimos a porta, sempre
sentimos o ar frio nos pés. Isto mostra que, quando frio, o ar se contrai, ocupa
menor volume, portanto mais denso, portanto mais pesado por unidade de
volume, fazendo que o mesmo desça.
3.MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO DA MATÉRIA
Para efeitos de nosso estudo os estados físicos da matéria são três: sólido, líquido
e gasoso. Mudando-se a temperatura e/ou pressão podemos fazer com que os
corpos passem de um estado para outro. Em nosso estudo, no momento,
estudaremos apenas as passagens que se dão sem se modificar a pressão, ou
seja, estudaremos as mudanças de estado ocasionadas pelas mudanças na
temperatura.
SUBLIMAÇÃO
CRISTALIZAÇÃO
FUSÃO: é a passagem do
estado sólido para o estado
líquido. Isto se verifica quando o
corpo sólido recebe calor, o que
provoca uma elevação na sua
temperatura até o ponto em que a agitação das átomos passa a ser tanta que a
estrutura deixa de ser cristalina e passam a ter uma movimentação maior,
caracterizando o líquido.
Durante a fusão a temperatura permanece constante, conforme podemos
constatar ao retirarmos um bloco de gelo do congelador e colocar em um prato.
Supondo que o gelo esteja à –8oC, ele irá receber calor do ambiente até chegar à
temperatura de 0oC, nesse ponto irá começar a passar do estado sólido para o
líquido. Enquanto esse processo estiver se desenvolvendo a temperatura tanto do
bloco de gelo restante quanto da água que foi aparecendo, estará em 0oC.
Quando todo o gelo estiver derretido novamente a temperatura da água começará
a subir, até atingir o equilíbrio térmico com o meio ambiente.
TEMPERATURA DE FUSÃO: É a temperatura na qual ocorre a passagem do
estado sólido para o líquido.
SOLIDIFICAÇÃO: É a passagem do estado líquido para o sólido. Isto se verifica
quando se retira calor do corpo líquido, o que provoca uma diminuição na sua
temperatura até o ponto em que a agitação dos átomos diminui tanto que passam
a vibrar segundo uma estrutura cristalina.
TEMPERATURA DE SOLIDIFICAÇÃO: É a temperatura na qual ocorre a
passagem do estado líquido para o sólido.
Durante a solidificação a temperatura permanece constante.
VAPORIZAÇÃO: É a passagem do estado líquido para o gasoso e pode ocorrer
de duas maneiras: EVAPORAÇÃO E EBULIÇÃO.
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