Termologia

Prof. RosângelaMoreira

Termometria

Sensações obtidas no tato:Quente, frio, morno, gelado...

“Essas sensações são relativas à pessoa que a sente, bem como às condições que ela se

encontra.” Como as sensações são variáveis, elas não se prestam para medir a temperatura.”

Energia Interna

Todos os corpos são constituídos por partículas que estão sempre em movimento. Esse movimento é denominado energiaenergia internainterna do corpo. O nível de energia interna do corpo depende da velocidade

com que suas partículas se movimentam. Verifica-se que o estado de aquecimento influi no estado

de agitação das partículas.

Conceitos importantes

Termologia - Parte da Física que estuda as leis que regem os fenômenos

caloríficos.

Conceitos importantes

Termometria - Estuda as medidas de

temperaturas e os efeitos provocados pela

sua variação.

Conceitos importantes

Temperatura

A temperatura é a grandeza que mede o grau de agitação das

partículas de um corpo, caracterizando o seu

estado térmico.

Medidas de Temperatura

Certas propriedades características de um corpo alteram-se com a

variação da temperatura.

Por exemplo:

- o comprimento de uma barra;

- o volume de um líquido;

- a pressão de um gás a volume constante;

- a cor.

Calor

Energia transferida de um corpo para o outro devido a diferença de temperatura existente entre ambos.

“Dois corpos em diferentes temperaturas trocam calor quando colocados em contato, até atingirem o equilíbrio térmico".

Equilíbrio Térmico

Se dois corpos com temperaturas diferentes forem postos em contato

verifica-se, depois de um certo tempo, que eles terão a mesma

temperatura. Dizemos, então, que foi atingido o equilíbrio térmico.

Termômetro

É um aparelho que permite medir a temperatura dos corpos. Seu processo baseia-se no equilíbrio térmico.

De um termômetro exige-se:

sensibilidade, exatidão e comodidade.

Graduação de um termômetro

Para graduação de um termômetro é necessário definir os pontos fixos, ambos sob pressão

normal.

1o Ponto Fixo: Corresponde a temperatura de fusão do gelo.2o Ponto Fixo: Corresponde a temperatura de ebulição da água.

Apresentação do Termômetro

Escalas Termométricas

Relações entre as escalas

Dilatação Térmica – LinearExemplos:

Dilatação Térmica

→Salvo algumas exceções, todos os corpos, quer sejam sólidos, líquidos ou gasosos, dilatam-se quando a sua temperatura aumenta.

→ Os átomos que constituem um sólido se distribuem ordenadamente, dando origem a uma estrutura que é denominada rede cristalina do sólido. A ligação entre esses átomos se faz por meio de forças elétricas, que atuam como se existissem pequenas molas unindo um átomo a outro. Esses átomos estão em constante vibração em torno de uma posição média de equilíbrio.

→ Quando a temperatura aumenta, há um aumento da

agitação, fazendo com que eles, ao vibrar, afastem-se das suas posições de equilíbrio. Em conseqüência disso, a distância média entre os átomos torna-se maior, ocasionando a dilatação do sólido.

Tipos de Dilatação Térmica

" Se o espaço entre as partículas aumenta, o volume final do corpo acaba aumentando também“

"Se o espaço entre as partículas diminui, o volume final do corpo acaba diminuindo também“

A dilatação/contração térmica pode ser analisada por meio de três formas:

- Linearmente- Superficialmente- Volumétricamente

Dilatação Linear

É a dilatação que ocorre em uma dimensão do corpo. A constante de proporcionalidade é considerada coeficiente de

dilatação linear.

L Lo e L TL depende do material que constitui o corpo. Logo:L = L – LoL = Lo..TOnde:L = variação do comprimento L = L – LoLo = comprimento inicial = coeficiente de dilatação linearT = variação da temperatura T= T – To

Coeficiente de Dilatação LinearIsolando “” teremos:

= L / (Lo.T)Cuja Unidade será: = 1/ oC = oC-1

Exemplos:Alumínio 23. 10-6 oC-1

Cobre 17. 10-6 oC-1

Vidro 9. 10-6 oC-1

Vidro Pirex 3,2. 10-6 oC-1

Zinco 25. 10-6 oC-1

Chumbo 29. 10-6 oC-1

Aço 11. 10-6 oC-1

Problema exemplo: A dilatação térmica dos sólidos é um fenômeno importante em diversas aplicações de engenharia, como construções de pontes, prédios e estradas de ferro. Considere o caso dos trilhos de trem serem de aço, cujo coeficiente de dilatação é α = 11 . 10-6 °C-1. Se a 10°C o comprimento de um trilho é de 30m, de quanto aumentaria o seu comprimento se a temperatura aumentasse para 40°C?

RESOLUÇÃO:

O cálculo da dilatação linear ΔL, do trilho é:

ΔL = L0 . α . ΔTΔL = 30 . (11 . 10-6) . (40 – 10) = 99 . 10-4 m

ou 0,0099m

Problema exemplo: Os componentes de uma lâmina bimetálica são o aço e o zinco. Os

coeficientes de dilatação linear desses metais são, respectivamente, 1,2 . 10-5 °C-1 e 2,6 . 10-5 °C-1. Em uma determinada temperatura, a lâmina apresenta-se retilínea. Quando aquecida ou resfriada, ela apresenta uma curvatura. Explique por quê.

RESOLUÇÃOComo α zinco > α aço, para um mesmo aumento de temperatura o zinco sofre uma dilatação maior, fazendo com que na lâmina ocorra uma dilatação desigual, produzindo o encurvamento. Como a dilatação do zinco é maior, ele ficará na parte externa da curvatura. No resfriamento, os metais se contraem. O zinco, por ter α maior, sofre maior contração. Assim, a parte de aço ocupa a parte externa da curvatura.

Dilatação Térmica – SuperficialExemplo:

Dilatação Superficial

È a dilatação que ocorre em duas dimensões do corpo. A constante de proporcionalidade é considerada coeficiente de dilatação superficial.

A AoA TA depende do material que constitui o corpo. Logo:A = A – AoA = Ao..TOnde:A = variação da área A = A – AoAo = área inicial = coeficiente de dilatação superficialt = variação da temperatura T= T – To

Coeficiente de Dilatação Superficial

Relação entre Coeficientes =2.Exemplos:

Se Alumínio = 23. 10-6 oC-1

será 46. 10-6 oC-1

Se Cobre = 17. 10-6 oC-1

será 34. 10-6 oC-1

Problema exemplo:O que acontece com o diâmetro do orifício de uma coroa de alumínio quando esta é aquecida?

RESOLUÇÃO

A experiência mostra que o diâmetro desse orifício aumenta. Para entender melhor o fenômeno, imagine a situação equivalente de uma placa circular, de tamanho igual ao do orifício da coroa antes de ser aquecida. Aumentando a temperatura, o diâmetro da placa aumenta.

Problema exemplo:

Uma chapa possui área de 4m2 a 0oC. Aquecendo-se a chapa a 50oC, de quanto aumenta a área da chapa e qual deverá ser sua área final. Dado = 10.10-6 oC-1

ΔA = A0 . β . ΔT

Obs.: β = 2.α

ΔA = 4 . (2 x 10 . 10-6) . (50 – 0) = 0,004m2

A = 4 + 0,004 = 4,004m2

Dilatação Térmica – VolumétricaExemplos:

Dilatação Térmica – VolumétricaExemplos: Dilatação dos Gases 

Num balão de vidro, com ar em seu interior, introduz-se um canudo dentro do qual há uma gota de óleo.

 

Segurando o balão de vidro como indicado na figura, o calor fornecido pelas mãos é suficiente para aumentar o volume de ar e deslocar a gota de óleo.

Dilatação Volumétrica

È a dilatação que ocorre em três dimensões do corpo. A constante de proporcionalidade é considerada coeficiente de dilatação volumétrica.

V Vo e V TV depende do material que constitui o corpo. Logo:V = V – VoV = Vo..TOnde:V = variação do volume V = V – VoVo = comprimento inicial = coeficiente de dilatação linearT = variação da temperatura T = T – To

Coeficiente de Dilatação Volumétrico

Relação entre Coeficientes =3.

/1 = /2 = /3

Exemplos:

Se Alumínio = 23. 10-6 oC-1

será 69. 10-6 oC-1

Se Cobre = 17. 10-6 oC-1

será 51. 10-6 oC-1

Problema exemplo:

O volume de uma esfera metálica, a certa temperatura. é 100cm3. Que variação de volume sofrerá sob o acréscimo de 40oC de temperatura. Suponha ser constante e igual a 1.10-5 oC-1 o coeficiente de dilatação linear do material de que é feita a esfera.

ΔV = V0 . γ . ΔTObs.: γ = 3.α

ΔV = 100 . (3 x 1 . 10-5) . 40 = 0,12cm3

O caso da água

A água é o líquido mais comum, no entanto, seu comportamento em termos de dilatação térmica é uma verdadeira exceção.

Gráfico I

O gráfico I mostra esse comportamento: de 0°C até 4°C o volume da água diminui com o aquecimento. Somente a partir de 4°C é que, com o aquecimento, a água aumenta de volume (como acontece aos demais líquidos).

Comentário sobre o caso da água

O gráfico II descreve a variação da densidade d da água com a temperatura. Como a densidade de um corpo é a sua massa (m) dividida pelo seu volume (V), ou seja, , tem-se que a densidade da água é inversamente proporcional ao seu volume durante a variação da temperatura, pois a massa permanece constante.

Gráfico II

Comentário sobre o caso da água

Assim, de 0°C a 4°C a densidade da água aumenta com o aquecimento, pois seu volume diminui; a partir de 4°C a densidade da água diminui com o aquecimento, porque seu volume aumenta.

A densidade da água é máxima a 4°C e seu valor é 1,0000 g/cm3. Em todas as outras temperaturas sua densidade é menor.

Os anjos existem,mas algumas vezes não possuem asas e passamos a chamá-los de amigos ... Respeite as diferenças!

Fim