Termômetros e Escalas Termométricas

(Ilustração: Fundamentos da Física)

1. Introdução

Estudaremos aqui os termômetros, escalas e funções termométricas. Veremos como transformar valores de temperaturas de uma escala para outra e porque isto é importante.

2. O que é um termômetro O Termômetro é um instrumento utilizado para medir o grau de agitação térmica de um corpo, ou seja, a temperatura. Os termômetros mais conhecidos e utilizados são termômetros clínicos ou similares a ele Um termômetro clinico pode ser dividido em três partes: (i) Bulbo - Parte que contém a substância termométrica; (ii) Capilar - Maior parte do termômetro, ela contém a escala termométrica; (iii) Substância Termométrica - Substância colocada no interior do termômetro, deve possuir dilatação regular, geralmente a substância utilizada é o mercúrio O termômetro funciona com base em dois fenômenos

físicos: o princípio de equilíbrio térmico e a dilatação térmica de um sólido quando aquecido, ou seja, ao ser colocado em contato com um corpo (sistema) e aguardando um determinado intervalo de tempo ele atinge a mesma temperatura do corpo equilíbrio térmico) e isto acontece porque a substância termométrica se dilate (quando aumenta de temperatura) ou contraia, quando isso ocorrer o nível da coluna da substância termométrica indicará um valor. Mas para ter esse valor é necessário ter escalas numéricas no Capilar. Para construir essas escalas, os termômetros são feitos baseados em dois pontos de fácil marcação. Dentre outros, podemos citar como exemplo:

Ponto de fusão do Gelo: Temperatura na qual ocorre a fusão do gelo em água (ao nível do mar ) (figura 4 a)

Ponto de Vaporização da água: Temperatura na qual ocorre a ebulição da água (ao nível do mar) (figura 4 b)

Os procedimentos para se graduar um termômetro são:

Coloca-se o termômetro mergulhado em gelo e espera-se o equilíbrio térmico: faz-se a marcação da altura da coluna de mercúrio

Em seguida coloca-se o termômetro em água em estado de ebulição, verifica-se que o mercúrio irá se dilatar até atingir uma nova altura, espera-se o equilíbrio térmico e faz-se a marcação da nova altura da coluna de mercúrio.

Entre estes dois pontos (ponto de gelo e ponto de ebulição) dividi-se em partes iguais obtendo com isto uma escala termométrica.

Figura 4 Abordaremos três escalas mais utilizadas:

Uma que é utilizada no Brasil e na maior parte do mundo que é a escala Celsius desenvolvida pelo físico sueco Anders Celsius (1701 – 1744).

A segunda escala é utilizada pelo Estados Unidos é a escala Fahrenheit desenvolvida por Daniel G. Fahrenheit (1685 – 1736).

A terceira é a escala absoluta Kelvin desenvolvida por William Thomson (1824 – 1907), mais conhecido por Lorde Kelvin ela é utilizada pelo Sistema Internacional de Unidades.

Obs: É importante dizer que a escala Kelvin não utiliza em seu símbolo o grau

o.

Escala Celsius: Temperatura de 0°C ao ponto de fusão do gelo e 100°C para a temperatura de ebulição da água. É dividida em cem partes iguais. Cada uma da

partes denominamos grau Celsius (°C) Escala Fahrenheit: Temperatura de 32°F ao ponto de fusão do gelo e 212°F para a temperatura de ebulição da água. É dividida 180 partes iguais. Cada uma da partes denominamos grau Fahrenheit (°F) Escala Kelvin: Temperatura de 0 K corresponde a – 273°C, o ponto de fusão do gelo é 273 K e para a temperatura de ebulição da água 373 K. Observe a próxima figura:

A escala kelvin é também denominada Escala Absoluta. O “Zero” desta escala (Zero absoluto) corresponde à menor temperatura possível na natureza. Sendo a temperatura a medida do grau de agitação das moléculas de um corpo, a menor temperatura possível corresponderia, então, ao final da agitação das moléculas do corpo, o que é impossível de se conseguir na prática.

3. Relação entre Escalas

a) Escala Celsius e Fahrenheit

Dada uma temperatura Tc na escala Celsius,

podemos determinar qual será sua correspondente TF

na escala Fahrenheit e vice-versa pela seguinte expressão: (ver figura acima)

32

5 9

C Ft t

Por exemplo, se tivermos uma temperatura de 72

oF

quanto seria em oC ?

Solução Dados: tF = 72

oF; tC = ?

9

3272

5

tC

9

40 x 5tC

C2,22

9

200t o

C

Concluímos, então, que uma temperatura de 22°C corresponde na escala Fahrenheit a 72° F

b) Escala Celsius e Kelvin São escalas com a mesma variação, deslocadas de um valor constante. Note que um valor de temperatura na escala Kelvin corresponde a um valor 273 vezes maior que se fosse expresso na escala Celsius (ver figura 7)

273k Ct t

Desta forma, uma temperatura de 27°C corresponderá na Escala Kelvin a 300 K.

4. Variação de Temperatura

É importante notar a diferença da medição de uma dada temperatura e a medição da variação da temperatura. Podemos notar que as escalas Celsius e Kelvin possuem a mesma variação de temperatura 100

oC, observe tomando como exemplo a variação de

temperatura entre os pontos de fusão e ebulição da água:

Variação da Escala Celsius:

C1000100t oC

Variação da Escala Kelvin:

K 100273373tK

OBS: Basta notar que as duas escalas são divididas em 100 partes, portanto uma certa variação de temperatura na escala Celsius será igual à variação na escala Kelvin. Já a Escala Fahrenheit é dividida em 180 partes e não corresponde a mesma variação nas outras duas escalas:

F18032212t oF

A Relação de Conversão de Variações entre as escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin é a seguinte:

5

t

9

t

5

t KFC

Para entender melhor façamos um exemplo. Uma variação de 20

oC corresponde a uma variação de quanto

nas escalas Fahrenheit e Kelvin

Dados: tC = 20oC; tF = ?; tK = ? Solução

2036

5 9 5 9

205 5

C F FF

C KC K K

t t tt C

t tt t t k

O Zero Absoluto A idéia de se propor a escala Kelvin surgiu das discussões em torno de temperaturas máximas e mínimas que podem ser atingidas por um corpo. Verificou-se que não há, teoricamente, um limite superior para a temperatura que um corpo pode alcançar. Entretanto, observa-se que existe um limite natural, quando tentamos abaixar a temperatura. Estudos realizados em grandes laboratórios de diversos países mostraram que é impossível obter uma temperatura inferior a -273'C. Esta temperatura é denominada zero absoluto, Na realidade, o zero absoluto é uma temperatura limite, que não pode ser alcançada, tendo-se, entretanto, conseguido valores muito próximos a ela. Então. Note que o “zero absoluto” corresponde à situação em que não ocorre mais vibração molecular, o que é impossível de se obter na prática, apesar de se ter obtido em laboratório, temperatura bem próximas desse valor. (Fonte: Beatriz Alvarenga. Curso de Física)

Pra responder...

Questões 01. Um médico Inglês mede a temperatura de um paciente com suspeita de infecção e obtém em seu termômetro clinico o valor de 102,2 °F. Tem ele motivo de preocupação com o paciente? Justifique

02. Fahrenheit 451 é o título de um filme onde se explica que 451

oF é a temperatura da chama que destrói

totalmente um livro. Qual será o título desse livro se fosse usada a escala Celsius? Justifique com cálculos. 03. A temperatura normal do corpo humano é de 36°C. Qual é essa temperatura expressa nas escalas Fahrenheit e Kelvin?

Testes de vestibular 01. (UFAL 93) A temperatura de fusão do gelo é 0

o C. Essa

temperatura, na escala absoluta e escala fahrenheit, é expressa, respectivamente, pelos valores:

a) 80 e 32 b) 273 e 32 c) zero e 273 d) 32 e 273 e) 32 e 80 não se altera.

02. (UECE) Uma estudante de enfermagem observa que a

temperatura de certo paciente variou, num período, de 5o

C. A variação correspondente na escala Fahrenheit será de:

A) 4

o F B) 9

o F C) 12

o F D) 13

o F E) 18

o F

03. (UFAL 89) Ultimamente têm sido descobertas algumas

cerâmicas especiais que se tornam super condutoras a uma temperatura de aproximadamente 105 K. Expressa em graus Celsius essa temperatura é de:

A) 168 B) 105 C) -212 D) -168 E) -273 04. (Unimep-SP) Mergulham-se dois termômetros na água: um

graduado na escala Celsius e o outro na Fahrenheit. Espera-se o equilíbrio térmico e nota-se que a diferença entre as leituras nos dois termômetros é igual a 92. A temperatura da água valerá, portanto:

A) 28

o C ; 120

o F. B) 32

o C ; 124

o F. C) 75

o C ; 167

o F.

D) 60o C ; 152

o F. E) n.r.a

05.(Mackenzie-SP) Certo dia foi registrada uma temperatura cuja indicação na escala Celsius correspondia a 1/3 da respectiva indicação na escala Fahrenheit. Tal temperatura foi de: A) 60

oF B) 80

oF C) 41,8

oF D) 41,8

oF E) 26,7

oF.

06 (Fatec-SP) Certa escala termométrica adota os valores -20

o

E e 280o E, respectivamente, para os pontos de fusão de

gelo e ebulição da água, sob pressão de 1 atm. A fórmula de conversão entre essa escala e a escala Celsius é:

A) TE = TC + 20 B) TE = TC - 20 C) TE = 3TC + 20 D) TE = 3TC - 20

GABARITO

Questões

1. 102,2°F = 39°C , deve ter sim preocupação 2. “Celsius 233” seria o nome do filme 3. Na escala Kelvin (309 K). Na escala Fahrenheit (96,8°F)

Testes de Vestibular

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BIBLIOGRAFIA

Fundamentos da Física – Ramalho, Nicolau e Toledo Curso de Física – Alvarenga e Máximos Física – Alberto Gaspar Física Fundamental – Alberto Gaspar