TEMPERATURA E CALOR

1. TEMPERATURA E CALOR Prof. Hebert Monteiro

2. Temperatura e equilíbrio térmico • O conceito de temperatura tem origem nas idéias qualitativas de quente e frio, que são baseadas em nossos tato. Um corpo que parece estar quente normalmente está em uma temperatura mais elevado do que um corpo análogo que parece estar frio. Isso é vago, e os sentidos podem ser enganosos. Contudo, muitas propriedades da matéria que podemos medir dependem da temperatura. O comprimento de uma barra metálica, a pressão no interior de uma caldeira, a intensidade da corrente elétrica transportada por um fio e a cor de um objeto incandescente muito quente – todas essas grandezas dependem da temperatura. • Foi aproveitando essas características das matérias que se inventou o mais conhecido dispositivo de aferição de temperatura que é o termômetro.

3. Termômetros e escalas de temperatura • É um dispositivo com líquido no bulbo, que se expande quando em contato com a temperatura. Más para que esse dispositivo se transforme em um termômetro útil, é necessário marcar uma escala numérica sobre o vidro. Esses números são arbitrários, e historicamente muitos sistemas diferentes tem sido utilizados. • ESCALA CELSIUS DE TEMPERATURA Suponha que o zero da escala corresponda ao ponto de congelamento da água pura e o número 100 corresponda ao ponto de ebulição, e a distância entre essas duas marcações seja subdividida em 100 intervalos iguais chamados de graus. Isso corresponde a escala Celsius de temperatura (também chamada de escala Centígrada). A temperatura Celsius é um número negativo quando se refere a um estado cuja temperatura é menor que a do ponto de congelamento da água. Ela é usada na vida cotidiana, na ciência e na indústria quase em todos os países.

4. Escala Fahrenheit de temperatura Ainda bastante usada cotidianamente em países como os Estados Unidos, a temperatura de congelamento da água é 32°F (trinta e dois graus Fahrenheit), e a temperatura de ebulição é 212°F, ambas em condições normais atmosféricas. Há 180 graus entre a temperatura de congelamento e a de ebulição, portanto um grau Fahrenheit corresponde a apenas 100/180 ou 5/9 de um grau da escala Celsius. CONVERTENDO GRAUS CÉLSIUS EM FAHRENHEIT TF = 9/5 Tc + 32° Tc é a temperatura Celsius acima da temperatura de congelamento.

5. Termômetro de Gás e escala Kelvin • O termômetro de gás se baseia no fato de que a pressão de um gás mantido a volume constante aumenta quando a temperatura aumenta. Um gás é colocado no interior de um recipiente mantido a volume constante, e a sua pressão é media por um manômetro. Submetendo esse termômetro a temperaturas muito baixas e muito altas podemos tirar uma relação entre temperatura e a pressão interna do seu gás, fazendo com que ele se torne um importante instrumento de aferição de temperatura. • Variando-se as condições, chegou-se a uma temperatura hipotética medida pelo termômetro de gás de -237°C, que a pressão absoluta do gás é igual a zero. Essa temperatura é a mesma para todos os gases, por isso essa marca recebeu o nome de Zero Absoluto e é a base para a escala Kelvin de temperatura. As unidades são as mesmas da escala Celsius, porém o zero é deslocado de tal modo que 0 K = -237,15 °C e 237,15 K = 0° C. Ou seja: TK = Tc + 237,15

6. Exercícios 1) Você coloca um pedaço de gelo na boca. O Gelo, à temperatura T1 = 32°F, acaba sendo todo convertido em água à temperatura do corpo T2 = 98,6°F. Expresse essas temperaturas em Celsius e Kelvin e calculem ΔT = T2 – T1.

7. 2. (URCAMP-SP) No interior de um forno, um termômetro Celsius marca . Um termômetro Fahrenheit e um Kelvin marcariam na mesma situação, respectivamente: • 3. (ACAFE) Uma determinada quantidade de água está a uma temperatura de . Essa temperatura corresponde a:

8. Expansão Térmica • A maioria dos materiais sofre expansão ou dilatação térmica quando aquecidos. Temperaturas em elevação fazem o líquido se expandir em um termômetro formado por um líquido dentro de um tubo. As estruturas de pontes devem ser projetadas levando-se em consideração a dilatação do material. • Tipos de Dilatação térmica Dilatação linear Suponha que uma barra possua comprimento L1 em uma dada temperatura T1. Quando a temperatura varia ΔT, o comprimento varia ΔL. ΔL = αL1 ΔT Sendo α uma constante que depende do material e significa coeficiente de dilatação linear.

9. Se o comprimento de um corpo a uma temperatura T1 é L1, então seu comprimento L a uma temperatura T, é: • Se ΔT = T2 – T1, então T2 = T1 + ΔT, logo: • L2 = L1 + ΔL • L2 = L1 +αL1 ΔT então • L2 = L1 (1+α ΔT)

10. Exercício 1) Um agrimensor usa uma fita de aço de 50.000 m de comprimento a uma temperatura de 20°C. Qual é o comprimento da fita em um dia de verão quando a temperatura é igual a 35°C ? Sabe-se que o coeficiente de dilatação do aço é 1,2 x 10-5 ºC-1.