Estudo de caso laticínio pequeri

Temperatura, Calor e a Primeira Lei da Termodinâmica
Dupla: Dayane Gonçalves Moreira e Julio Ornellas.
Professor: Felipe Moura.	Disciplina: Física II.
Turma: 4° CTA.	Data: 06/09/2019.

1 O QUE É FÍSICA?

A Termodinâmica é um dos principais ramos da Engenharia e da Física, definindo-se como o estudo das leis que comandam o vínculo entre calor, trabalho e outras formas de transformações de energia.    

São inúmeras as aplicações da Termodinâmica na ciência e tecnologia, como por exemplo, na Engenharia Mecânica, onde há a atenção no superaquecimento de máquinas e motores, na Engenharia e Ciência de Alimentos que analisam o aquecimento e resfriamento de alimentos e outras áreas como: Metereologia, Medicina, Agronomia e entre outros.

2 TEMPERATURA

Uma das sete grandezas fundamentais do Sistema Internacional (S.I.) é a Temperatura, que é caracterizada como o estado térmico de um corpo ou sistema. A escala utilizada pelos físicos para medir temperatura é a escala em Kelvin (K). A temperatura-limite inferior de um corpo é chamada de zero da escala Kelvin e não existe um limite superior para temperatura. A temperatura ambiente está por volta de 290 Kelvins – 290 K.

3 A LEI ZERO DA TERMODINÂMICA

As propriedades dos corpos sofrem alterações quando são aquecidas ou resfriadas. Por exemplo: Uma barra de metal ao aquecer fica um pouco mais alongada, um líquido após aquecimento sofre elevação de volume. Quaisquer dessas propriedades podem ser utilizadas para confecção de um instrumento capaz de ajudar a entender o conceito de temperatura, esse instrumento possui um mostrador digital, e tem a característica de aumentar e diminuir os números do mostrador, quando a temperatura aumenta e diminui respectivamente.

A lei zero foi formulada após a 1ª e a 2ª Lei da termodinâmica em 1930 e têm esse número (zero) porque parte do princípio que a temperatura é a base para as outras leis posteriores.

A lei zero consiste em: se dois corpos A e B estão separadamente em equilíbrio térmico com um terceiro corpo T, A e B estão em equilíbrio térmico entre si. Ou seja, para que dois corpos estejam em equilíbrio térmico suas temperaturas são iguais.

4 MEDINDO A TEMPERATURA

É necessário primeiramente definir e medir temperaturas na escala Kelvin antes de calibrar um termoscópio e transformá-lo em um termômetro.

4.1 O PONTO TRIPLO DA ÁGUA

A água no estado líquido, o gelo e vapor de água, são escolhidos para criar uma escala de temperatura, pois eles podem coexistir, com estabilidade térmica, com apenas alguns grupos de valores de pressão e temperatura. Em um laboratório é possível, obter uma célula de ponto triplo da água.

Por meio de um acordo internacional, foi concedido o valor de 273,16 K ao ponto triplo da água, sendo essa temperatura a padrão para a calibração dos termômetros.

Não se utiliza do símbolo grau (º) para a escala de Kelvin, ou seja, a temperatura é expressa por um numero acrescido do termo “Kelvin”, podendo ter prefixos, como por exemplo, 4,7mK que é igual 0,0047 K.

4.2 O TERMÔMETRO DE GÁS A VOLUME CONSTANTE

O termômetro-padrão fundamenta-se na pressão de um gás em um volume constante, que corresponde a forma com o que todos os outros termômetros são calibrados.

Quando se tem um termômetro de gás a volume constante, formado por um bulbo cheio de gás que está interligado por um tubo a um manômetro de mercúrio, quaisquer corpos em contato térmico com esse bulbo tem a temperatura da dada por:

                                        Eq.1[pic 1]

Em que:

[pic 2]

[pic 3]

A pressão  pode ser encontrada utilizando a fórmula:[pic 4]

 

                                        Eq.2[pic 5]

Onde:

[pic 6]

[pic 7]

[pic 8]

Quando o bulbo é introduzido em uma célula de ponto triplo, a temperatura verificada é:

                                        Eq.3[pic 9]

No qual:

[pic 10]

Ao eliminar a constante C das equações 1 e 3 temos uma fórmula para a temperatura em função de :[pic 11]

                        Eq.4[pic 12]

Utiliza-se o limite tendendo a zero para obtermos resultados únicos de temperaturas, devido a quanto menos gás no interior do bulbo as leituras mostrarem temperaturas iguais.

                                                                     Eq.5[pic 13]

5 AS ESCALAS CELSIUS E FAHRENHEIT

A escala mais utilizada no cotidiano é o Celsius, que já foi denominada de escala centígrada, onde as temperaturas são medidas em graus Celsius (º C), e que possuem o mesmo valor numérico que o Kelvin. Todavia, o valor zero da escala Celsius está mais harmonioso do que o zero absoluto.

                                Eq.6[pic 14]

A escala mais comum utilizada nos Estados Unidos é a Fahrenheit, que pode ser expressa por graus Fahrenheit (º F). A associação entre as escalas Celsius e Fahrenheit é dada por:

                                Eq.7[pic 15]

6 DILATAÇÃO TÉRMICA

Quando a temperatura aumenta em alguns tipos de materiais, os mesmos tendem a expandir, pois esse aumento de temperatura fornece energia aos seus átomos. Esse fenômeno de dilatação térmica tem de ser levado em conta para projetos de pontes, cercas, obturações dentárias entre outros exemplos do nosso cotidiano.

Alguns termostatos e termômetros usam a diferença na dilatação dos componentes de uma tira bimetálica, como por exemplo, os termômetros clínicos e metereológicos que se fundamentam no fato de que líquidos como o álcool e o mercúrio, dilatam-se superior aos tubos de vidro que os contêm.