Termometria

TERMOLOGIA

A Termologia é a parte da física que estuda os fenômenos relacionados com  a temperatura. O calor é uma forma de energia que possui grande importância na tecnologia. Temperatura e calor são grandezas extremamente interligadas, logo, o estudo de temperatura também será o estudo do calor.

Serão estudados os cinco tópicos da termologia: termometria, calorimetria, dilatação, gases perfeitos e termodinâmica. Ao estudarmos esses tópicos, estaremos estudando a medição da temperatura, o calor e sua propagação, e outros fenômenos térmicos.

ENERGIA TÉRMICA, CALOR E EQUILÍBRIO TÉRMICO.

Energia térmica é o nome dado à energia associada à agitação das moléculas de um corpo. Quando dois ou mais corpos de diferentes temperaturas entram em contato, por exemplo, há uma transferência de energia do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura, isso é um processo espontâneo. Essa energia em trânsito é chamada de CALOR.

A transferência de calor ocorre enquanto as temperaturas são diferentes e cessa no momento que se igualam, ou seja, quando atingirem o EQUILÍBRIO TÉRMICO. No nosso dia a dia o termo CALOR e TEMPERATURA são bastante utilizados, mas quase sempre de maneira não condizente com suas definições na ciência. “Estou com calor”, “O fogo transferiu temperatura para a panela”, são alguns exemplos da maneira errada de utilização. A TEMPERATURA é a grandeza física que pode ser encarada como a medida do estado de agitação das moléculas que constituem um determinado corpo e o CALOR é uma energia em trânsito, portanto jamais estará contido em um corpo.
As diferentes unidades de temperatura decorrem das diferentes Escalas Termométricas que ainda são utilizadas até hoje.

• TERMOMETRIA

Chamamos de Termometria a parte da Física responsável pelo estudo da medida e da variação da temperatura.

PONTOS FIXOS

Para podermos comparar as diversas escalas termométricas, existem certos estados térmicos com características específicas, denominados pontos fixos.
Existem dois pontos fixos tradicionais:

1°) ponto do gelo → temperatura de fusão do gelo;

2°) ponto do vapor → temperatura de ebulição da água.

Os pontos fixos são utilizados como parâmetros para relacionarmos as diversas escalas termométricas. Os pontos fixos considerados nas diversas escalas são obtidos sob pressão, ao nível do mar, que é de 1 atm.

A temperatura é entendida como o grau de agitação das moléculas de um sistema, portanto o Lorde Kelvin usou o grau de agitação nulo como o zero de sua escala. O zero kelvin é conhecido como o zero absoluto, pois representaria uma situação na qual não há movimento de partículas num sistema.

PRINCIPAIS ESCALAS TERMOMÉTRICAS

Existem diversas escalas termométricas com valores diferentes para os pontos fixos. Abaixo veremos as escalas mais importantes:

Escala Celsius (°C)

A escala Celsius, antes denominada de centígrada, é a escala oficial utilizada no Brasil. Seus valores são os que mais aparecem em problemas. Seus pontos fixos são 0 °C (ponto do gelo) e 100 °C (ponto do vapor).

Escala Fahrenheit (°F)

É a escala utilizada em países de língua inglesa. Seus pontos do gelo e vapor são 32 °F e 212 °F, respectivamente.

CURIOSIDADES

1. Dizem que Fahrenheit também utilizou os valores “0” e “100” na sua escala: o Zero teria sido para o dia mais frio de sua cidade naquele ano e o 100 para a temperatura da Sra. Fahrenheit.

2. Observe que qualquer que tenha sido o critério de utilização dos valores 0 e 100, não há nisso nenhuma fundamentação científica, e, mesmo assim, pode-se dizer que cada metade do povo da Terra usa uma dessas duas escalas.

3. Somente com Lord Kelvin, você verá a seguir, surge uma escala com base científica: Kelvin deduz a menor temperatura do universo (- 273 ° C) aí coloca o valor zero (Zero Absoluto): ausência de vibração nas moléculas do corpo (a essa temperatura todos os átomos e moléculas parariam por completo) e usa a mesma graduação da escala Celsius.

Escala Kelvin (K)

Esta escala, também conhecida como escala absoluta, não produz leituras negativas. A unidade de temperatura do SI é o Kelvin (não se fala grau Kelvin), nela o ponto do gelo é 273 K e o ponto do vapor 373 K (lembre-se que Kelvin usou a mesma graduação do Celsius).

A grande maioria dos problemas de termometria se refere às conversões das temperaturas de uma escala para a outra. Iremos nos basear nos pontos fixos e nas variações de temperatura.

Acima estão representadas as escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin.

Utilizando proporções para as escalas Celsius, Fahrenheit teremos:

C – 0  –  F – 32  →  C =  F – 32 → C = F – 32 

100- 0   212 – 32    100     180          5           9

Podemos observar as proporções entre as escalas estudando suas relações graficamente, marcando os pontos fixos e utilizando a semelhança de triângulos:

  C     = K – 273 

  1̶0̶0̶         1̶0̶0̶

K = C + 273

F – 32  = K – 273 

  1̶8̶0̶            1̶0̶0̶

F – 32 = K – 273 

   9                5     

VARIAÇÃO ENTRE AS ESCALAS

Podemos observar que entre os pontos fixos das escalas Celsius e Kelvin existem 100 unidades, portanto a variação de temperatura que ocorrer em uma delas a outra também sofrerá a mesma mudança. Isso não acontece com a escala Fahrenheit, pois entre seus pontos fixos temos uma diferença de 180 graus, sendo assim, a cada grau ou unidade que variamos nas escalas Celsius e Kelvin, a escala Fahrenheit mudará em 1,8°.