Termologia

Termologia

Introdução:

A termologia (termo = calor, logia = estudo) é o ramo da física que estuda o calor e seus efeitos sobre a matéria. Ela é o resultado de um acúmulo de descobertas que o homem vem fazendo desde a antigüidade, sendo que no século XIX atinge o seu clímax graças a cientistas como Joule, Carnot, Kelvin e muitos outros.

Durante esta e as próximas páginas procuraremos introduzir os conceitos de temperatura e calor, bem

Como os vários efeitos que este último impõe aos corpos tais como mudança de estado e dilatação.

2 - Temperatura e Calor:

Temperatura: As partículas constituintes dos corpos estão em contínuo movimento. Entende-se temperatura como sendo uma grandeza que mede o estado de agitação das partículas de um corpo, caracterizando o seu estado térmico.

Calor: É uma forma de energia em transito de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura. Estabeleceu-se como unidade de quantidade de calor a caloria (cal).

Denomina-se caloria (cal) a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de um grama de água de 14,5ºC a 15,5ºC, sob pressão normal.

No Sistema Internacional de unidades a unidades de quantidade de calor é o Joule (J). A relação entre a caloria e o Joule é: 1 cal = 4,186 J. Podemos utilizar também um múltiplo de caloria chamado quilocaloria.

1Kcal = 1000 cal

Equilíbrio térmico: Dois corpos, com temperaturas iniciais diferentes, postos em contato, depois de certo tempo atingem a mesma temperatura. Esse estado final chama equilíbrio térmico.

OBS.: Dois corpos que estejam em equilíbrio térmico com um terceiro estão em equilíbrio térmico entre si.

3 - Termômetros e Escalas Termométricas:

Termômetro é um aparelho que permite medir a temperatura dos corpos

Uma escala termométrica corresponde a um conjunto de valores numéricos onde cada um desses valores está associado a uma temperatura.

Para a graduação das escalas foram escolhidos, para pontos fixos, dois fenômenos que se reproduzem sempre nas mesmas condições: a fusão do gelo e a ebulição da água, ambos sob pressão normal.

1o. Ponto Fixo: corresponde à temperatura de fusão do gelo, chamado ponto do gelo.

2o. Ponto Fixo: corresponde à temperatura de ebulição da água, chamado ponto de vapor.

3.1 - Equação Termométrica:

Podemos relacionar a temperatura de um corpo com a propriedade termométrica através da função de 1o. Grau: t = aG + b Em que: a e b são constantes e a≠ 0.

G é a grandeza termométrica e t é a temperatura. Essa função é denominada equação termométrica

3.2 - Relações entre as escalas: Supondo que a grandeza termométrica seja a mesma, podemos relacionar as temperaturas assinaladas pelas escalas termométricas da seguinte forma:

C-0 = k – 32 = F- 32

100-0 376-273 212- 32

C = K-273 = F-32

100 100 100

C = K – 273 = F -32

5 5 5

4 - Dilatação térmica dos sólidos e líquidos:

Dilação térmica é o fenômeno pelo qual o corpo sofre uma variação nas suas dimensões, quando varia a sua temperatura.

A dilatação de um sólido com o aumento de temperatura ocorre porque com o aumento da energia térmica aumentam as vibrações dos átomos e moléculas que formam o corpo, fazendo com que passem para posições desequilíbrio mais afastadas que as originais.

OBS.: Excepcionalmente na água ocorre fenômeno inverso de 0 a 4ºC. Portanto para dada massa de água, a 4º Cela apresenta um volume mínimo. Lembrando que a densidade é dada pela relação entre a massa e seu volume (d= m/v), concluímos que a 4ºC a água apresenta densidade máxima.

Esse comportamento da água explica por que, nas regiões de clima muito frio, os lagos chegam a ter suas superfícies congeladas, enquanto no fundo a água permanece líquida a 4ºC. Como a 4ºC água tem densidade máxima, ela permanece no fundo não havendo possibilidade de se estabelecer o equilíbrio térmico por diferença de densidade.

4.1 - Dilatação Linear:

É aquela em que predomina a variação em uma única dimensão, ou seja, o comprimento. Para

estudarmos a dilatação linear, consideremos uma barra de comprimento inicial Li, à temperatura inicial ti.

Aumentando a temperatura da barra tf, seu comprimento passa a Lf.

Em que∆L = Lf - Li é a variação de comprimento, isto é, a dilatação linear da barra, na variação de temperatura

∆t=tf -ti.

Experimentalmente, verificou-se que:

1o.)∆L é diretamente proporcional ao comprimento inicial Li.

2o.)∆L é diretamente proporcional à variação de temperatura∆t.

3o.)∆L depende do material que constitui a barra.

A partir dessas relações, podemos escrever:

∆L=Li α ∆t

Em que α é uma constante característica do material que constitui a barra, denominada coeficiente da

dilatação linear.

Se∆L = Lf - Li e∆t = tf - ti , temos

∆L=Li α ∆t⇒ Lf -Li =Li α (tf - ti)

Lf = Li + Liα (tf - ti)

Lf = Li[1 +α (tf - ti)

4.2-Dilatação Superficial:

É aquela em que predomina a variação em duas dimensões, ou seja, a área. Consideremos uma placa de

área inicial Ai, à temperatura