FÍSICA – TERMOLOGIA- PROF: WILD LAGO
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ESCALAS TERMOMÉTRICAS Qual é a importância de medir a temperatura? Quando compramos um alimento industrializado como iogurte, carnes, lasanhas e outros produtos, encontramos nas embalagens as indicações das temperaturas para armazenamentos desses produtos. É importante sabermos interpretar essas informações, transformar as unidades de medida, medir a temperatura para que não ocorram prejuízos ao condicionarmos esses produtos. Alguns equipamentos como os computadores, precisam ter suas temperaturas controladas para que possam trabalhar com maior eficiência. Podemos observar que medir a temperatura de um corpo é de extrema importância no nosso dia-a-dia, assim se faz necessário estudarmos as relações métricas das temperaturas.
UM POUCO DE HITÓRIA NA FÍSICA TÉRMICA Na antiga Grécia já existiam dispositivos que mediam a variação de temperatura de um sistema.
GALILEU: Usando vinho como matéria prima, Galileu construiu um dispositivo chamado de termoscópio que media a temperatura dos objetos pelo contato do aparelho com o corpo.
O termoscópio de Galileu também é conhecido comercialmente como tesometro.
FAHRENHEIT:
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FÍSICA – TERMOLOGIA- PROF: WILD LAGO Daniel G. Fahrenheit construiu um termômetro que utilizava como substância termométrica o mercúrio líquido. Ele adotou como valores de comparação, a temperatura mais baixa do inverno de sua cidade natal, Danzig na Polônia, e a temperatura corporal 98,6 graus.Com esses valores ele determinou as temperaturas de 32 e 212 respectivamente para as temperaturas de congelamento e vaporização da água.
CELSIUS:
Em 1742 o astrônomo sueco Anders Celsius propôs una escala na qual adotava os valores zero grau para o ponto onde a água congela e 100 graus para o ponto de fervura da água. Anders Celsius (Uppsala, 27 de Novembro de 1701 — Uppsala, 25 de Abril de 1744) foi um astrônomo sueco. Foi professor de astronomia na Universidade de Uppsala, de 1730 a 1744, mas viajou de 1732 a 1735, visitando principalmente observatórios na Alemanha, Itália e França.
KELVIN: Físico escocês de origem irlandesa (26/6/1824-17/12/1907), criador da escala de temperaturas absolutas Kelvin. O nome deriva de seu título de barão Kelvin of Largs, outorgado pelo governo britânico em homenagem a sua descoberta, em 1892. Em 1832 descobre que a descompressão dos gases provoca esfriamento, e cria a escala de temperaturas absolutas, cujo valor da temperatura em graus equivale ao grau Celsius mais 273,16.
TEMPERATURA: Wild
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FÍSICA – TERMOLOGIA- PROF: WILD LAGO Quando um corpo recebe energia térmica, as partículas do corpo transformam essa energia em outra forma associada ao movimento das moléculas. Essa energia é chamada de cinética, quanto maior for a agitação das moléculas maior será a temperatura do corpo. Dessa forma ao observarmos uma certa quantidade de água, percebemos que ela estará fria se suas moléculas estiverem com pouca agitação. Se a água apresentar formação de bolhas, no caso correntes de convecção, então a água apresentará temperatura mais elevada. Dessa forma podemos definir a temperatura como:
A medida do nível da agitação térmica das partículas de um corpo ou medida do nível médio da energia térmica de um sistema.
EQUILÍBRIO TÉRMICO: O equilíbrio térmico ocorre quando dois corpos apresentam a mesma temperatura ou a mesma agitação molecular independente de sua massa, de seu volume e de sua forma.
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A energia térmica se manifesta quando dois corpos apresentam uma diferença de temperatura, que é a responsável pelo trânsito de energia térmica de um corpo para outro, assim se dois corpos entram em contato o fluxo de calor ocorrerá do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura até que os dois corpos apresentem a mesma temperatura
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PRINCÍPIO ZERO DA TERMODINÂMICA: Por definição, dois corpos possuem a mesma temperatura se estiverem em equilíbrio térmico entre si. A Lei Zero da termodinâmica, permite, também, definir uma escala de temperatura, como por exemplo, as escalas de temperatura Celsius e Fahrenheit. "Se dois corpos estão em EQUILÍBRIO com um terceiro, então eles estão em equilíbrio térmico entre si."
TERMÔMETRO: Quando ocorre uma variação na temperatura de um corpo ocorre também um variação na sua agitação molecular. Essa agitação molecular não é visível a olho nú, mas pode ser medida por meio de um instrumento chamado de termômetro, que ao entrar
Para que os termômetros possam fazer as medições necessárias toma-se dois estados térmicos bem definidos chamados de pontos fixos. * Ponto de gelo- É o ponto de fusão do gelo. * Ponto de vapor - É o ponto de ebulição da água. Abaixo estão representados os pontos fixos das principais escalas usadas. São eles:
ESCALA ABSOLUTA DE TEMPERATURA Wild
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FÍSICA – TERMOLOGIA- PROF: WILD LAGO Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre. A escala absoluta de Kelvin está relacionada à energia cinética de translação das moléculas de um dado elemento, quando a energia cinética de translação deste elemento for zero, um termômetro de escala absoluta estará indicando zero. Existem várias escalas absolutas, sendo a
Quando a temperatura do gelo estiver a 0 grau na escala Celsius, estará marcando 273,15 na escala Kelvins, quando estiver marcando 0 na escala kelvin estará a -273,15 graus na escala Celsius. A denominação se deve ao fato de Kelvin utilizar um valor físico existente. Zero Kelvin significa o ponto em que não há mais energia cinética entre as moléculas. O zero Kelvin significa a menor temperatura já encontrada no sistema solar. O zero é realmente zero. Este é um valor imensamente baixo e inalcançável no nosso planeta. Logo todos os valores serão acima do zero absoluto. Lembre-se: não existe a denominação graus Kelvin. Fala-se apenas tantos Kelvin.
CONVERSÕES ENTRE S ESCALAS: Para fazer a transformação entre as escalas, primeiro estabelecemos uma relação entre as grandezas termométricas: Wild
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Montamos a regra de proporcionalidade :
Dessa forma temos as seguintes equações: TC TF −32 TK −273 = = 5 9 5 Para transformar Celsius para kelvin usamos a equação simplificada: TC=TK −273
onde : Tc = temperatura em Celsius TF = temperatura em fahrenheit Tk = temperatura em kelvin
VARIAÇÃO DE TEMPERATURA Já sabemos que a variação de temperatura é a responsável pela transferência de emergia térmica de um corpo para outro. Para determinar essa variação basta subtrairmos os extremos das temperaturas dos corpos. Assim podemos definir variação de temperatura como:
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FÍSICA – TERMOLOGIA- PROF: WILD LAGO É a diferença entre as temperaturas final e inicial de um sistema. Δ
T = T – T0
ONDE: ΔT = variação de temperatura T = temperatura final T0 = temperatura inicial ESCALAS ARBITRÁRIAS Existem algumas escalas que não são consideradas do tipo padrão, ou seja, considera-se padrão as escalas Celsius, kelvin e fahrenheit. As outras escalas são chamadas de arbitrárias e sua relação de transformação não é pré-definida como acontece com as escalas padrão. Exemplo: Uma escala denominada Wild apresenta ponto de congelamento da água a 10 º W e ponto de fervura da água a 110 ºW. Esta escala é arbitrária por que não apresenta uma equação pré-estabelecida da escala wild para as escalas padrão.
EXERCÍCIO 01- (UFC) O planeta Mercúrio é o que sofre a maior variação de temperatura do sistema solar. A temperatura na parte iluminada pelo Sol chega a 400 ºC, enquanto no lado escuro a temperatura cai a - 200 ºC. Essa variação de temperatura, expressa em kelvins, é: a) - 73 b) 273 c) 327 d) 600 e) 873 02- (UFRJ) Se 32 ºF correspondem a 0 ºC e 212 ºF correspondem a 100 ºC, logo 25 ºC vão corresponder a: a) 40 ºF; 196 K b) 77 ºF; 350 K c) 77 ºF; 258 K d) 77 ºF; 298 K e) 57 ºF; 298 K
03- (Fatec-SP) À pressão de 1 atm, as temperaturas de ebulição da água e fusão do gelo na escala Fahrenheit são, respectivamente, 212 ºF e 32 ºF. A temperatura de um líquido que está a 50 ºC à pressão de 1 atm é, em ºF: a) 162 b) 90 c) 106 d) 82 e) 122
04- (Mackenzie-SP) No dia 1° de janeiro de 1997, Chicago amanheceu com a temperatura de 5
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FÍSICA – TERMOLOGIA- PROF: WILD LAGO ºF. Essa temperatura na escala Celsius, corresponde a: a) - 15 ºC b) - 10 ºC c) - 5 ºC d) 2 ºC e) 8 ºC 05- (Fuvest-SP) A televisão noticia que a temperatura em Nova York chegou aos 104 graus (naturalmente 104 graus Fahrenheit). Converta para graus Celsius. a) 44 ºC b) 40 ºC c) 36 ºC d) 30 ºC e) 0 ºC 06- (U. E. Ponta Grossa-PR) Em um recipiente contendo água, dois termômetros medem, simultaneamente a temperatura. Um dos termômetros está graduado na escala Fahrenheit e o outro na escala Celsius, a diferença entre a medida obtida na escala Fahrenheit e a medida obtida na escala Celsius é igual a 100 . A partir desses dados, é correto afirmar que a água encontra-se a uma temperatura igual a: a) 45 ºC b) 185 ºC c) 85 ºC d) 95 °C e) 75°C 07- Um turista brasileiro, ao desembarcar no aeroporto de Chicago. observou que o valor da temperatura lá indicado, em ºF era um quinto do valor correspondente em ºC. O valor observado foi: 08- (Mackenzie-SP) A indicação de uma temperatura na escala Fahrenheit excede em 2 unidades o dobro da correspondente ìndicação na escala Celsius. Essa temperatura é: a) 300 ºC b) 170 ºC c) 150 ºC d) 100 ºC e) 50 ºC 09- (FEI-SP) Uma diferença de temperatura de 100 ºC equivale a: a) 112 ºF b) 212 ºF c) 180 ºF d) l32 ºF e) 68 ºF 10- (U. E. Londrina-PR) A temperatura na cidade de Curitiba, em um certo dia, sofreu uma variação de 15 °C. Na escala Fahrenheit. Essa variação corresponde a: a) 59 b) 45 c) 27 d) 18 e) 9 11- Para medir a temperatura da água contida num recipiente, usaram-se dois termômetros, um graduado na escala Celsius e outro na escala Fahrenheit. A diferença entre leituras dos dois termômetros é 80. Determine a temperatura da água na escala Celsius. 12- Quando Fahrenheit definiu a escala termométrica que hoje leva o seu nome, o
primeiro ponto fixo definido por ele, o 0F, corresponde à temperatura obtida ao se misturar uma porção de cloreto de amônia com três porções de neve, à pressão de 1atm. Qual é esta temperatura na escala Celsius? a) 32C b) 273C c) 37,7C d) 212C e) –17,7C 13- Um estudante construiu uma escala de temperatura E atribuindo o valor 0°E à temperatura equivalente a 20°C e o valor 100°E à temperatura equivalente a 104°F. Quando um termômetro graduado na escala E indicar 25°E, outro termômetro graduado na escala Fahrenheit indicará: a) 85 b) 77 c) 70 d) 64 e) 60 14 - (Unifor CE/Janeiro) Uma certa massa de gás perfeito sofre uma transformação isobárica e sua temperatura varia de 293K para 543K. A variação da temperatura do gás, nessa transformação, medida na escala Fahrenheit, foi de a) 250° b) 273° c) 300° d) 385° e) 450° 15- Mediu-se a temperatura de um corpo com dois termômetros: um, graduado na escala Celsius, e outro, na escala Fahrenheit. Verificou-se que as indicações nas duas Wild
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FÍSICA – TERMOLOGIA- PROF: WILD LAGO escalas eram iguais em valor absoluto. Um possível valor para a temperatura do corpo, na escala Celsius, é a) –25 b) –11,4 c) 6,0 d) 11,4 e) 40 16 - (Unifor CE/Janeiro) A temperatura de determinada substância é 50°F. A temperatura absoluta dessa substância, em kelvins, é a) 343 b) 323 c) 310 d) 283 e) 273 17 - (Unifor CE/02-Prova-Específica) Uma escala termométrica arbitrária X atribui o valor 20°X para a temperatura de fusão do gelo e 80°X para a temperatura de ebulição da água, sob pressão normal. Quando a temperatura de um ambiente sofre uma variação de 30°X, a correspondente variação na escala Celsius é de: a) 20°C b) 30°C c) 40°C d) 50°C e) 60°C 18- Através de experimentos, biólogos observaram que a taxa de canto de grilos de uma determinada espécie estava relacionada com a temperatura ambiente de uma maneira que poderia ser considerada linear. Experiências mostraram que, a uma temperatura de 21 C, os grilos cantavam, em média, 120 vezes por minuto; e, a uma temperatura de 26 C, os grilos cantavam, em média, 180 vezes por minuto. Considerando T a temperatura em graus Celsius e n o número de vezes que os grilos cantavam por minuto, podemos representar a relação entre T e n pelo gráfico abaixo. Supondo que os grilos estivessem cantando, em média, 156 vezes por minuto, de acordo com o modelo sugerido nesta questão, estima-se que a temperatura deveria ser igual a: a) 21,5 C b) 22 C c) 23 C d) 24 C e) 25,5 C Quando se deseja realizar experimentos a baixas temperaturas, é muito comum a utilização de nitrogênio líquido como refrigerante, pois seu ponto normal de ebulição é de - 196 C. Na escala Kelvin, esta temperatura vale: a) 77 K b) 100 K c) 196 K d) 273 K e) 469 K 19 - (UFFluminense RJ/2 Fase) Um recipiente, feito de um material cujo coeficiente de dilatação é desprezível, contém um gás perfeito que exerce uma pressão de 6,00 atm quando sua temperatura é de 111C. Quando a pressão do gás for de 4,00atm, sua temperatura será de: a) 440 K b) 347 K c) 290 K d) 256 K e) 199 K 20 - (Unifesp SP/1Fase) Quando se mede a temperatura do corpo humano com um termômetro clínico de mercúrio em vidro, procura-se colocar o bulbo do termômetro em contato direto com regiões mais próximas do interior do corpo e manter o termômetro assim durante algum tempo, antes de fazer a leitura. Esses dois procedimentos são necessários porque: a) o equilíbrio térmico só é possível quando há contato direto entre dois corpos e porque demanda sempre algum tempo para que a troca de calor entre o corpo humano e o termômetro se efetive. b) é preciso reduzir a interferência da pele, órgão que regula a temperatura interna do corpo, e porque demanda sempre algum tempo para que a troca de calor entre o corpo humano e o termômetro se efetive. c) o equilíbrio térmico só é possível quando há contato direto entre dois corpos e porque é preciso evitar a interferência do calor específico médio do corpo humano. d) é preciso reduzir a interferência da pele, órgão que regula a temperatura interna do corpo, e porque o calor específico médio do corpo humano é muito menor que o do mercúrio e do vidro. e) o equilíbrio térmico só é possível quando há contato direto entre dois corpos e porque é preciso reduzir a interferência da pele, órgão que regula a temperatura interna do corpo. Wild
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FÍSICA – TERMOLOGIA- PROF: WILD LAGO 21- (UFJuiz de Fora MG) A umidade relativa do ar pode ser avaliada através de medidas simultâneas da temperatura ambiente, obtidas usando dois termômetros diferentes. O primeiro termômetro é exposto diretamente ao ambiente, mas o segundo tem seu bulbo (onde fica armazenado o mercúrio) envolvido em algodão umedecido em água. Nesse caso, podemos afirmar que: a) Os dois termômetros indicarão sempre a mesma temperatura. b) O termômetro de bulbo seco indicará sempre uma temperatura mais baixa que o de bulbo úmido. c) O termômetro de bulbo úmido indicará uma temperatura mais alta que o de bulbo seco quando a umidade relativa do ar for alta. d) O termômetro de bulbo úmido indicará uma temperatura mais baixa que o de bulbo seco quando a umidade relativa do ar for baixa. 22 - (Fatec SP) Lord Kelvin (título de nobreza dado ao célebre físico William Thompson, 1824-1907) estabeleceu uma associação entre a energia de agitação das moléculas de um sistema e a sua temperatura. Deduziu que a uma temperatura de -273,15 C, também chamada de zero absoluto, a agitação térmica das moléculas deveria cessar. Considere um recipiente com gás, fechado e de variação de volume desprezível nas condições do problema e, por comodidade, que o zero absoluto corresponde a –273 C. É correto afirmar: a) O estado de agitação é o mesmo para as temperaturas de 100 C e 100 K. b) À temperatura de 0 C o estado de agitação das moléculas é o mesmo que a 273 K. c) As moléculas estão mais agitadas a –173oC do que a –127 C. d) A -32 C as moléculas estão menos agitadas que a 241 K. e) A 273 K as moléculas estão mais agitadas que a 100 C. 23- (Mackenzie SP) Uma pessoa mediu a temperatura de seu corpo, utilizando-se de um termômetro graduado na escala Fahrenheit, e encontrou o valor97,7oF. Essa temperatura, na escala Celsius, corresponde a: a) 36,5 ºC b) 37,0 ºC c) 37,5 ºC d) 38,0 ºC e) 38,5 ºC 24 - (Fatec SP) Uma escala termométrica arbitrária X atribui o valor 20 ºX para a temperatura de fusão do gelo e 120 ºX para a temperatura de ebulição da água, sob pressão normal. A temperatura em que a escala X dá a mesma indicação que a Celsius é: 25 - (Mackenzie SP) Numa cidade da Europa, no decorrer de um ano, a temperatura mais baixa no inverno foi 23oF e a mais alta no verão foi 86oF. A variação da temperatura, em graus Celsius, ocorrida nesse período, naquela cidade, foi: a) 28,0 ºC b) 50,4 ºC c) 35,0 ºC d) 63,0 ºC e) 40,0 ºC 26 - (Vunesp SP) Quando uma enfermeira coloca um termômetro clínico de mercúrio sob a língua de um paciente, por exemplo, ela sempre aguarda algum tempo antes de fazer a sua leitura. Esse intervalo de tempo é necessário. a) para que o termômetro entre em equilíbrio térmico com o corpo do paciente. b) para que o mercúrio, que é muito pesado, possa subir pelo tubo capilar. c) para que o mercúrio passe pelo estrangulamento do tubo capilar. d) devido à diferença entre os valores do calor específico do mercúrio e do corpo humano. e) porque o coeficiente de dilatação do vidro é diferente do coeficiente de dilatação do mercúrio. Wild
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FÍSICA – TERMOLOGIA- PROF: WILD LAGO 27 - (Unificado RJ) Para uma mesma temperatura, os valores indicados pelos termômetros Fahrenheit (F) e Celsius (C) obedecem á seguinte relação: F = 1,8.C + 32. Assim , a temperatura na qual o valor indicado pelo termômetro Fahrenheit corresponde ao dobro do indicado pelo termômetro Celsius vale, em F: a) –12,3 b) –24,6 c) 80 d) 160 e) 320 28 - (Unificado RJ) Uma caixa de filme fotográfico traz a tabela apresentada abaixo, para o tempo de revelação do filme, em função da temperatura dessa revelação. A temperatura em ºF corresponde exatamente ao seu valor na escala Celsius, apenas para o tempo de revelação, em min, de: a) 10,5 b) 9,0 c) 8,0 d) 7,0 e) 6,0 29 - (PUC RS/Janeiro) Podemos caracterizar uma escala absoluta de temperatura quando : a) dividimos a escala em 100 partes iguais. b) associamos o zero da escala ao estado de energia cinética mínima das partículas de um sistema. c) associamos o zero da escala ao estado de energia cinética máxima das partículas de um sistema. d) associamos o zero da escala ao ponto de fusão do gelo. e) associamos o valor 100 da escala ao ponto de ebulição da água. 30 - (Unifor CE/02-Prova-Específica) A escala Reamur de temperatura, que hoje está em desuso, adotava para o ponto de gelo 0°R e para o ponto de vapor 80°R. A indicação que, nessa escala, corresponde a 86°F é a) 16°R b) 20°R c) 24°R d) 36°R e) 48°R
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