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Termologia Prof. Rosângela Moreira. Termometria Sensações obtidas no tato: Quente, frio, morno, gelado... Essas sensações são relativas à pessoa que a.

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1 Termologia Prof. Rosângela Moreira

2 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.

3 Energia Interna energiainterna 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. Verifica- se que o estado de aquecimento influi no estado de agitação das partículas.

4 Conceitos importantes Termologia - Parte da Física que estuda as leis que regem os fenômenos caloríficos.

5 Conceitos importantes Termometria - Estuda as medidas de temperaturas e os efeitos provocados pela sua variação.

6 Conceitos importantes Temperatura A temperatura é a grandeza que mede o grau de agitação das partículas de um corpo, caracterizando o seu estado térmico.

7 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.

8 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".

9 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.

10 Termômetro É um aparelho que permite medir a temperatura dos corpos. Seu processo baseia- se no equilíbrio térmico. De um termômetro exige-se: sensibilidade, exatidão e comodidade.

11 Graduação de um termômetro Para graduação de um termômetro é necessário definir os pontos fixos, ambos sob pressão normal. 1 o Ponto Fixo: Corresponde a temperatura de fusão do gelo. 2 o Ponto Fixo: Corresponde a temperatura de ebulição da água.

12 Apresentação do Termômetro

13 Escalas Termométricas

14 Relações entre as escalas

15 Dilatação Térmica – Linear Exemplos:

16 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.

17 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

18 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

19 Coeficiente de Dilatação Linear Isolando teremos: = L / (L o. T) Cuja Unidade será: = 1/ o C = o C -1 Exemplos: Alumínio o C -1 Cobre o C -1 Vidro o C -1 Vidro Pirex 3, o C -1 Zinco o C -1 Chumbo o C -1 Aço o C -1

20 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 = °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 = L 0. α. ΔT ΔL = 30. ( ). (40 – 10) = m ou 0,0099m

21 Problema exemplo: Os componentes de uma lâmina bimetálica são o aço e o zinco. Os coeficientes de dilatação linear desses metais são, respectivamente, 1, °C -1 e 2, °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.

22 Dilatação Térmica – Superficial Exemplo:

23 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

24 Coeficiente de Dilatação Superficial Relação entre Coeficientes =2. Exemplos: Se Alumínio = o C -1 será o C -1 Se Cobre = o C -1 será o C -1

25 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.

26 Problema exemplo: Uma chapa possui área de 4m 2 a 0 o C. Aquecendo-se a chapa a 50 o C, de quanto aumenta a área da chapa e qual deverá ser sua área final. Dado = o C -1 ΔA = A 0. β. ΔT Obs.: β = 2.α ΔA = 4. (2 x ). (50 – 0) = 0,004m 2 A = 4 + 0,004 = 4,004m 2

27 Dilatação Térmica – Volumétrica Exemplos:

28 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.

29 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

30 Coeficiente de Dilatação Volumétrico Relação entre Coeficientes =3. /1 = /2 = /3 Exemplos: Se Alumínio = o C -1 será o C -1 Se Cobre = o C -1 será o C -1

31 Problema exemplo: O volume de uma esfera metálica, a certa temperatura. é 100cm 3. Que variação de volume sofrerá sob o acréscimo de 40 o C de temperatura. Suponha ser constante e igual a o C -1 o coeficiente de dilatação linear do material de que é feita a esfera. ΔV = V 0. γ. ΔT Obs.: γ = 3.α ΔV = 100. (3 x ). 40 = 0,12cm 3

32 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).

33 Comentário sobre o caso da água 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,, tem- se que a densidade da água é inversamente proporcional ao seu volume durante a variação da temperatura, pois a massa permanece constante. Gráfico II

34 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/cm 3. Em todas as outras temperaturas sua densidade é menor.

35 Os anjos existem, mas algumas vezes não possuem asas e passamos a chamá-los de amigos... Respeite as diferenças!

36 Fim


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