Temperatura

Resumo referente ao trabalho apresentado em sala sobre “Temperatura”.

Alunas: Ana Paula Camargo Matheus, Letícia Fernanda Gonçalves Larsson, Maria Eduarda Moreira Bernuci Gouveia

Temperatura/Termômetro

        O sentido do tato nos proporciona a mais simples noção de temperatura de um corpo. Mas essa é uma medida muito subjetiva, pois, pode ser alterada por situações externas como, por exemplo, a situação anterior do corpo, ou a capacidade de transferir energia.

        O conceito de temperatura é:

“A temperatura de um corpo é uma grandeza relacionada ao grau médio de vibração das partículas que o compõe.”

        Ela pode ser explicada pelo equilíbrio térmico.

Quando dois sistemas com temperaturas diferentes são colocados próximos, o sistema de maior temperatura transfere energia na forma de calor pela vibração de suas partículas (mais rápidas) para o sistema de menor temperatura (de partículas com vibração mais lenta) até atingir o equilíbrio, quando as partículas dos dois sistemas passam a colidir em velocidade constante.

O equilíbrio térmico é resumido pela Lei Zero da termodinâmica:

“Se cada um dos sistemas A e B está em equilíbrio térmico com um terceiro sistema C, então A e B estão em equilíbrio térmico entre si.”

O sistema C citado na Lei Zero é o termômetro, um instrumento ao qual associamos uma escala numérica e que, após permanecer em contato por certo tempo com um corpo, entra em equilíbrio térmico com ele, permitindo, através da escala numérica, que a temperatura seja avaliada.

O termômetro pode ser qualquer grandeza física que varie quando a temperatura de um corpo varia. Entre elas estão o volume de um líquido, o comprimento de uma barra, a resistência elétrica de um fio, a pressão de um gás a volume constante, etc.

São três as escalas mais conhecidas, Kelvin (K), Celsius (Ce Fahrenheit ), sendo a escala Kelvin a escala universal.[pic 1][pic 2]

A relação entre as escalas é dada por:

[pic 3]

Termômetro de gás a volume constante

        A propriedade termométrica que se mostra mais conveniente para a medição da temperatura na escala Kelvin é a pressão exercida por um volume fixo de gás.

        O dispositivo utilizado para fazer essa medição é o termômetro de gás a volume constante.

        Nesse termômetro, uma amostra de gás enche um bulbo e um capilar que são ligados a um manômetro de tubo aberto com mercúrio. Então, esse bulbo é colocado em contato com o sistema o qual se quer descobrir a temperatura.

        O volume desta amostra de gás que está no bulbo é mantido constante, subindo ou abaixando o reservatório de mercúrio, de modo que o nível de mercúrio no tubo aberto sempre esteja no zero da escala.

        Para ser medida a temperatura do sistema, o bulbo é mergulhado em um líquido que está no ponto tríplice e, em seguida, se faz a leitura da pressão (ptr). Depois disso, mergulha-se o bulbo no líquido que se quer medir a temperatura e se faz a leitura da pressão novamente.

        A partir dessas leituras, é possível fazer o cálculo da temperatura pela equação

[pic 4]

        Ao repetir essas leituras com um pouco menos de gás no bulbo, observa-se a pressão no líquido que está no ponto tríplice baixar mas os valores da temperatura serão muito próximos. Assim, é possível determinar a temperatura do sistema.

        Define-se, também, uma escala de temperatura de gás ideal.

[pic 5]

com volume constante.

        A partir disso, define-se um gás ideal como sendo um gás com a mesma temperatura para todas as pressões.

        Escolhe-se o termômetro de gás como padrão porque ele não depende das propriedades dos materiais envolvidos e sempre se obtém a mesma resposta para qualquer gás que seja usado.

        A menor temperatura já com esse termômetro foi igual a aproximadamente 1K, utilizando gás hélio a baixa pressão.

Dilatação Térmica

Nos sólidos, a matéria tem forma própria e volume definido. As moléculas que a compõem estão fortemente ligadas entre si e apresentam um pequeno movimento de vibração. Ao aumentar a temperatura, essa vibração aumenta, e a dimensão do sólido varia.

A variação em qualquer dimensão de um sólido (comprimento, largura, espessura) é chamada de dilatação linear. A variação do comprimento com o aumento da temperatura pode ser calculada pela equação a seguir: