Termometria - Educacional

Termologia
Prof. Rosângela
Moreira
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 energia interna do corpo. O nível de
energia interna do corpo depende da velocidade
com que suas partículas se movimentam. Verificase 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 baseiase 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 – Linear
Exemplos:
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  t
L depende do material que constitui o corpo.
Logo:
L = L – Lo
L = Lo..t
Onde:
L = variação do comprimento L = L – Lo
Lo = comprimento inicial
 = coeficiente de dilatação linear
T = variação da temperatura T= T – To
Coeficiente de Dilatação Linear
 = L / (Lo.t)
Cuja Unidade será:
 = 1/ oC
 = oC-1
Isolando “” teremos:
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 . Δθ
ΔL = 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.
RESOLUÇÃO
Como 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 – Superficial
Exemplo:
Dilatação Superficial
È a dilatação que ocorre em duas dimensões do corpo. A
constante de proporcionalidade  é considerada coeficiente de
dilatação superficial.
A  Ao
A  t
A depende do material
que constitui o corpo.
Logo:
A = A – Ao
A = Ao..T
Onde:
A = variação da área A = A – Ao
Ao = área inicial
 = coeficiente de dilatação superficial
t = 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 . Δθ
Obs.: β = 2.α
ΔA = 4 . (2 x 10 . 10-6) . (50 – 0) = 0,004m2
A = 4 + 0,004 = 4,004m2
Dilatação Térmica – Volumétrica
Exemplos:
Dilatação Térmica – Volumétrica
Exemplos:
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  t
V depende do material
que constitui o corpo.
Logo:
V = V – Vo
V = Vo..T
Onde:
V = variação do volume
V = V – Vo
Vo = comprimento inicial
 = coeficiente de dilatação linear
t = 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 . Δθ
Obs.: 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
Gráfico II
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, , temse que a densidade da água é inversamente
proporcional ao seu volume durante a
variação da temperatura, pois a massa
permanece constante.
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