TERMOMETRIA

O QUE É TERMOMETRIA E TEMPERATURA??

Termometria: Área específica da Termodinâmica que estuda a temperatura e suas diferentes escalas usadas pelo mundo

Temperatura: Parâmetro termométrico que indica a direção do fluxo de calor, em outras palavras, é definida como o grau de agitação das moléculas de um corpo

Estados Físicos da Matéria

Sólido: Estado de menor energia interna. As moléculas do corpo estão muito próximas e firmemente unidas, tendo portanto baixo grau de agitação. Sua estrutura é rígida e seu volume fixo

Líquido: Estado de energia intermediário. As moléculas do corpo não estão tão próximas mas se mantém unidas. Sua estrutura é variável mas seu volume é fixo.

Gasoso: Estado de maior energia. As moléculas estão bem afastadas e seu grau de agitação é muito alto. Apresenta estrutura e volume variáveis, se ajustando ao local onde está contido.

Estados Físicos da Matéria

Menções honrosas: Embora os três estados citados sejam os mais comuns, hoje sabemos que na verdade existem mais dois estados possíveis:

Plasma: Estado de altíssima energia interna, ocorre quando um gás é aquecido a temperaturas muito elevadas, adquirindo características distintas do estado gasoso. As estrelas são compostas de plasma

Condensado de Bose-Einstein: Estado de energia interna mínima, aparece em certos corpos com baixíssima temperatura. Neste estado, todas as moléculas se comportam como uma, reagindo igualmente em todos os seus pontos.

Mudanças de Estados Físicos

Temperatura de Fusão: Temperatura na qual a substância transita entre os estados sólido e líquido, para os dois lados. Se um sólido está se transformando em líquido, a transformação é chamada de Fusão, e o inverso de Solidificação

Temperatura de Ebulição: Temperatura na qual a substância transita entre os estados líquido e gasoso, para os dois lados. Se um líquido está se transformando em gás, a transformação é chamada de Vaporização ou Evaporação, e o inverso de Liquefação ou Condensação

Mudanças de Estados Físicos

Escalas de Temperatura

Para a medição da temperatura geralmente utilizamos um aparelho chamado termômetro, que é graduado em uma certa escala criada a partir das temperaturas de fusão e ebulição de certa substância.

As escalas de temperatura mais comuns usadas pelo mundo são as Celsius e Fahrenheit, bem como a escala Kelvin que é a escala padrão científica do Sistema Internacional de Unidades

Escalas de Temperatura

Celsius: Criada por Anders Celsius baseada na temperatura de fusão e ebulição da água, que são marcadas respectivamente como 0°C e 100 °C

Fahrenheit: Criada por Daniel Gabriel Fahrenheit baseado num sistema sexagesimal (0 a 60) de seu instrutor. O ponto de fusão e ebulição da água valem, respectivamente, 32°F e 212°F

Kelvin: Criada pelo inglês William Thomson, que recebeu o título nobre de Lord Kelvin. Estabeleceu uma escala absoluta de temperatura, baseada na menor temperatura que qualquer corpo pode atingir, ou seja, uma temperatura onde não há agitação. Essa temperatura, marcada como o ponto zero – 0 Kelvin – chama-se zero absoluto, e vale -273,15 °C

Relação Entre as Escalas Termométricas

Os valores de temperatura em diferentes escalas podem ser relacionados comparando-se dois pontos em comum entre elas

Utilizando os pontos de Fusão e Ebulição da água, conhecidos nas três escalas, podemos chegar nas expressões que fazem as conversões necessárias:

Relação Entre as Escalas Termométricas

°C °F: 𝜃𝑐

5=

𝜃𝐹−32

9 °C K: 𝜃𝑐 = 𝜃𝐾 - 273 °F K:

𝜃𝐹−32

9 =

𝜃𝐾−273

5

EXEMPLOS • (UFBA) A temperatura do corpo humano é aproximadamente 36,5 °C. Qual a

leitura que a escala Fahrenheit e Kelvin fornecem para essa mesma temperatura?

De Celsius pra Fahrenheit: 𝜃𝑐

5=

𝜃𝐹−32

9

36,5

5=

𝜃𝐹−32

9

7,3 =𝜃𝐹−32

9 9 ∗ 7,3 = 𝜃𝐹 − 32 𝜃𝐹 = 65,7 + 32 = 97,7 °𝐹

De Celsius para Kelvin: 𝜃𝑐 = 𝜃𝐾 - 273 36,5 = 𝜃𝐾 - 273

𝜃𝐾 = 36,5 + 273 = 309,5 K

CALORIMETRIA

O que é Calorimetria???

A calorimetria vai além do estudo da temperatura e estuda as trocas de calor realizadas entre os corpos em sistemas definidos como isolados – quando não há interação com o ambiente e portanto só há troca de calor entre os corpos envolvidos - e não-isolados – quando há também interação com o ambiente.

Devido a considerável complexidade da análise relativa ao segundo tópico, focaremos nossos estudos em sistemas isolados.

O que é Calor???

Podemos definir calor como um tipo de energia, tendo inclusive a mesma unidade de medida. Entretanto, o calor é chamado de Energia em Movimento, pois é uma energia medida quando ocorre troca de um corpo para o outro em um certo processo.

Calor é portanto a quantidade de energia em movimento durante a troca de um corpo para outro, sendo portanto tanto a quantidade de energia absorvida por um corpo quanto a emitida de outro.

Quando um corpo ganha ou perde calor, sua energia interna se altera, aumentando ou diminuindo a agitação das moléculas e portanto a temperatura.

PROPAGAÇÃO DE CALOR Condução: Ocorre quando o calor se propaga através dos átomos da

substância a partir de um ponto em direção à toda sua extensão, também conhecida como difusão térmica.

PROPAGAÇÃO DE CALOR Convecção: Ocorre em fluídos quando há uma diferença de

temperatura em certos pontos da sua extensão. Devido a diferença de temperatura, a densidade do fluído também é alterada, causando um movimento que transporta também massa.

PROPAGAÇÃO DE CALOR Radiação (Irradiação): Ocorre quando o calor é transferido através de

ondas eletromagnéticas, como a luz ou o micro-ondas. Como este tipo de onda não necessita de meio material para se propagar, elas conseguem atravessar inclusive o vácuo interplanetário.

DILATAÇÃO TÉRMICA Como vimos, quando um corpo aumenta de temperatura sua

agitação térmica aumenta. Uma das consequências desse efeito é que os espaços entre os átomos ficam maiores, causando um aumento nas suas dimensões espaciais. Obviamente, o inverso ocorre quando o corpo esfria.

Qualquer substância que se aqueça sofre então uma dilatação térmica, que pode ser linear, superficial ou volumétrica.

DILATAÇÃO TÉRMICA Dilatação linear ocorre quando o corpo tem um comprimento muito

grande em comparação às suas duas outras dimensões (largura e espessura). Nessa situação, quando sua temperatura varia um valor ∆𝒕, ocorre uma variação ∆𝒍 em seu comprimento 𝒍𝟎 dada por:

∆𝒍 = 𝒍𝟎 ∗ 𝜶 ∗ ∆𝒕, sendo α o coeficiente de dilatação linear

DILATAÇÃO TÉRMICA Dilatação Superficial ocorre quando o corpo tem um comprimento e

largura grandes em comparação à sua espessura. Nessa situação, quando sua temperatura varia um valor ∆𝒕, ocorre uma variação ∆𝑺 em sua superfície 𝑺𝟎 dada por:

∆𝑺 = 𝑺𝟎 ∗ 𝜷 ∗ ∆𝒕, sendo 𝜷 o coeficiente de dilatação superficial

DILATAÇÃO TÉRMICA Dilatação Volumétrica ocorre para qualquer corpo que não tenha

uma dimensão desprezível. Nessa situação, quando sua temperatura varia um valor ∆𝒕, ocorre uma variação ∆𝑽em sua superfície 𝑽𝟎 dada por:

∆𝑽 = 𝑽𝟎 ∗ 𝜸 ∗ ∆𝒕, sendo 𝜸 o coeficiente de dilatação volumétrica

QUANTIDADE DE CALOR Q

Sempre que ocorre uma troca de calor, podemos calcular quanto calor foi emitido por um corpo, ou absorvido por outro, através da expressão:

Q = 𝒎 ∗ 𝒄 ∗ ∆𝒕

Onde Q é a quantidade de calor, m a massa do corpo, c o calor específico do corpo e Δt a variação de temperatura

O calor específico c é definido como a quantidade de calor necessária para elevar em 1°C a temperatura de uma substância com uma massa de 1g. Essa é uma grandeza que indica o quão fácil é para o material trocar calor com outro.