Resumo sobre Termologia

Termologia 

É a da física que estuda os fenômenos relativos ao aquecimento, resfriamento ou as mudanças de estado físico em corpos que recebe ou cede um determinado tipo de energia. É a parte da física que estuda o calor. 

Temperatura

É uma grandeza física escalar, que mede o estado de agitação das partículas de um corpo, caracterizando o seu estado térmico. Quanto maior o seu estado de agitação das partículas, maior a temperatura do corpo.

Calor

É um tipo de energia térmica que se transfere espontaneamente de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura ( energia térmica em transito). Esse fluxo é causado por uma diferença de temperatura. São essas as formas de transferências de calor:

Convecção: A convecção térmica é a propagação que ocorre nos fluidos (líquidos, gases e vapores) em virtude de uma diferença de densidades entre partes do sistema

 Irradiação: A irradiação é a transmissão de por intermédio de ondas eletromagnéticas. Nesse processo, somente a energia se propaga, não sendo necessário nenhum meio material.


Condução: Quando a troca de calor ocorre entre dois corpos sólidos em contato direto ou que estejam unidos por um material condutor de calor, o processo é chamado condução térmica.
 

A lei zero da termodinâmica

A lei zero da termodinâmica estabelece como acontecem as trocas de calor entre os corpos. Os corpos de maior temperatura possuem maior energia térmica. Quando um corpo de menor energia térmica é colocado em contato com o de maior, a tendência é de que a energia térmica flua do corpo de maior temperatura até o corpo de menor temperatura até atingirem a mesma temperatura. Geralmente, utiliza-se um terceiro corpo, um termômetro, para verificar ocorreu um equilíbrio térmico entre esses dois corpos.   

Finalmente a definição da Lei zero é: "se dois corpos A e B estiverem em equilíbrio térmico com um terceiro corpo T, A e B estarão em equilíbrio térmico entre si."

Termometria

É a parte da termologia que tem como objetivo o estudo e a medição de temperatura.

Medindo a temperatura

O ponto triplo da água

Para criar uma escala de temperatura escolhe-se um fenômeno térmico reprodutível e atribuímos a ele uma temperatura, foi escolhido o ponto triplo da água.

O zero da escala kelvin é chamado ZERO ABSOLUTO e indica a menor temperatura possível que um corpo pode atingir.

 

As Escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin

A escala Celsius  é a mais usada em quase todos os países do mundo. São medidas em graus. A mais utilizadas pelos cientistas é a Kelvin. Temos a seguinte relação para as escalas Celsius e Kelvin:

Tc = T - 273,15º 

Onde Tc é a temperatura na escala Celsius e T um temperatura na escala Kelvin

A escala Fahrenheit , a mais comum nos EUA. A relação entre as escalas Celsius e Fahrenheit é a seguinte:

 

5Tf = 9Tc + 32º

onde Tf  é a temperatura em graus  Fahrenheit e Tc  é a temperatura na escala Celsius

Dilatação térmica

É a variação nas dimensões de um solido. Essa dilatação com aumento de temperatura ocorre porque, com o aumento da energia térmica, aumentam as vibrações dos átomos e das moléculas que forma um corpo, fazendo com que passem para posição de equilíbrio mais afastada que as originais.

Temos as seguintes dilatações:

 Linear: Se a temperatura  de uma barra metálica de comprimento L aumenta de um valor ∆T, seu comprimento aumenta de um valor

∆L  =  L α ∆T

 Onde α é uma constante chamada coeficiente de dilatação linear.

Volumétrica: se a temperatura de um sólido ou líquido cujo volume V aumenta de um valor ∆T , o aumento de volume correspondente é 

∆V  =  V β ∆T

Onde β é o coeficiente de dilatação volumétrica do sólido ou líquido, temos que β = 3α.

 

Experiência sobre Dilatação térmica que pode ser usada na sala de aula

É muito difícil observar a olho nu a expansão térmica de um sólido. Ainda assim, existem demonstrações desse fenômeno que podem ser realizadas em sala de aula.

A experiência “bola e anel”, proposta no século XVIII por Willem ‘s Gravesande, filósofo, físico e matemático holandês. O procedimento está descrito na figura.

 Demonstração do “anel e bola” de Gravesande: (a) a bola passa pelo anel; (b) a bola é aquecida; (c) devido à dilatação, a bola não passa mais pelo anel. 

Em temperatura ambiente a bola passa facilmente através do anel, contudo, depois de aquecida, a bola não passará através do anel, pois ela aumentou de volume.