Aula 6-38: Introdução à termologia e escalas termométricas

Temperatura

Temperatura é a grandeza física que indica o grau de agitação das partículas (átomos e moléculas). Dizemos que um corpo possui uma temperatura mais elevada do que o outro quando as partículas daquele corpo encontram-se mais agitadas que as deste.

Imagem extaída, com permissão concedida, do site www.tec-science.com

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Imagem extaída, com a devida permissão, do site www.tec-science.com

 

 

Calor

Calor é energia térmica em transito que flui espontaneamente de um corpo de maior temperatura a outro de menor temperatura.

 

 

Equilíbrio térmico

Se permitirmos que duas substâncias, de diferentes temperaturas, troquem calor entre si por tempo o bastante, estas substâncias invariavelmente atingirão em estado térmico chamado equilíbrio termodinâmico. O equilíbrio termodinâmico é caracterizado pela ausência de troca de calor entre os corpos, consequentemente, pela igualdade de temperatura das substâncias em questão.

 

⚛ OUTRO MODO DE SE DEFINIR TEMPERATURA

Agora que sabemos o que é equilíbrio termodinâmico, podemos arriscar uma nova (e mais básica) definição para o conceito de temperatura: temperatura é, portanto, a propriedade que corpos em equilíbrio termodinâmico possuem em comum.

⚛ LEI ZERO DA TERMODINÂMICA Esta lei estabelece a transmissividade do equilíbrio termodinâmico: se um corpo A encontra-se em equilíbrio termodinâmico simultaneamente com B e C, então B e C estão em equilíbrio termodinâmico entre si.

 

 

Escalas termométricas

• Escala centígrada (Grau celsius – °C): No século XVIII, o astrônomo sueco Anders Celsius (★ 1701 — 1735 ✝) permitiu que um tubo preenchido de mercúrio trocasse calor com uma mistura de água e gelo. O mercúrio incialmente comprimiu-se e, em seguida, atingiu o equilíbrio térmico, marcando determinada altura do recipiente, a qual foi marcada como altura 0. Após isto, Celsius deixou o tubo entrar em equilíbrio térmico com água em ebulição; o mercúrio então dilatou e atingiu uma nova marca, a qual recebeu por atribuição o número 100. O astrônomo então dividiu em 100 partes iguais o intervalo de altura dado pela variação de 0 a 100; a cada uma destas partes foi conferido o valor de um grau celsius. Nascia assim o grau celsius.

  

 

• Escala fahrenheit (Grau fahrenheit - °F): É uma escala desenvolvida pelo físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit (★ 1686 — 1736 ✝). Atualmente, amplamente usada em países que conservam forte tradição anglo saxônica, como os Estados unidos e Inglaterra. Fahrenheit, para engendrar sua escala, definiu como 0 (0 °F) o ponto de fusão de uma mistura química composta de água, sal e amônia, e definiu como 100 (100 °F) o ponto em que entram em equilíbrio térmico o termômetro e o corpo humano em estado natural.

  

 

• Escala Kelvin (Reconhecida pelo SI [Kelvin - K]): William Thomson, também conhecido como Lord Kelvin, estudando os gases a partir da escala centígrada (Celsius), percebeu que elevando suas termperaturas em 273 °C, o volume inicial destes gases dobrava, e que aquecendo-os a mais 273°C (Fazendo-os chegar a 546°C) o volume inicial triplicava (veja o gráfico abaixo). Kelvin concluiu então que o volume dos gases variava linearmente com a mudança de temperatura e que se resfriássemos o gás suficientemente, haveria de existir uma temperatura limite a qual o corpo não poderia atingir (porque que isto representaria a ausência total de volume – o que é improvável). A seguir o cientista calculou esta temperatura limite e a definiu em sua escala como sendo a temperatura zero (também conhecida como zero absoluto). A escala Kelvin é, portanto, uma escala cujo zero situa-se na tmenor temperatura ‘concebível’ na natureza, e que progride em intervalos de temperatura iguais aos aos intervalos da escala centígrada.

⚛ CONVERSÕES DE CELSIUS E FAHRENHEIT PARA KELVIN

Para formularmos expressões para conversão de unidades das escalas termométricas, podemos nos valer das seguintes relações:

 

De celsius para kelvin:

 

De fahrenheint para kelvin: