CONTEÚDOS: TEMPERATURA E SUA MEDIÇÃO DILATAÇÃO TÉRMICA 02-06-2016 1 2ª CONFERÊNCIA DE FÍSICA MOLECULAR E TERMODINÂMICA.

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1 CONTEÚDOS: TEMPERATURA E SUA MEDIÇÃO DILATAÇÃO TÉRMICA 02-06-2016 1 2ª CONFERÊNCIA DE FÍSICA MOLECULAR E TERMODINÂMICA

2 0.1.3. TEMPERATURA E SUA MEDIÇÃO. DILATAÇÃO TÉRMICA DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS 02-06-2016 2 TEMPERATURA E SUA MEDIÇÃO Para a medição de temperaturas dos corpos são usados dispositivos chamados termómetros. O funcionamento de qualquer termómetro baseia-se no princípio de que algumas propriedades do sistema variam quando a temperatura do sistema varia. Ex: volume dum líquido, o comprimento dum sólido, a pressão dum gás à volume constante, o volume dum gás à pressão constante, a resistência eléctrica dum condutor e a cor dos objectos. Tais propriedades chamam-se propriedades termométricas. A associação de um nº à temperatura de um corpo é feita de acordo com determinadas convenções, através das quais são construídas escalas termométricas.

3 Temperatura e sua medição (cont.) 02-06-2016 3 As escalas de temperaturas são construidas a partir da escolha de dois pontos fixos: Um para fixar a origem e o outro para fixar o tamanho da unidade da escala Actualmente são usadas, com mais frequência, as escalas propostas pelos físicos Célsius, Fahrenheit e Kelvin. (TPC: Faca um resumo sobre a vida e obras de Célsius, Fahrenheit e Kelvin ) O termómetro pode ser calibrado colocando-o em contacto térmico com alguns sistemas naturais que se mantém à temperatura constante. Ex: a mistura de gelo e água em equilíbrio térmico à pressão atmosférica e a mistura de água e vapor à pressão atmosférica

4 Temperatura e sua Medição (cont.) 02-06-2016 4 A. Escala de Célsius ou Centígrada Ponto fixo mais baixo 0º C Ponto fixo mais alto 100º C B. Escala de Fahrenheit Ponto mais baixo 32º F Ponto mais alto 212º F C. Escala de Kelvin: Ponto mais baixo 273,15 K Ponto mais alto 373,15 K

5 Relação entre escalas 02-06-2016 5 º C º F K Célsius ou Centígrada Fahrenheit Kelvin ou Absoluta Ebulição Congelamento Zero absoluto 0 - 273 100 -460 32 212 0 273 373

6 Relação entre as escalas (cont.) 02-06-2016 6 Relação entre a escala Célsius e a escala absoluta: onde T k é a temperatura absoluta (expressa em Kelvin) e t c é a temperatura na escala centígrada. o Relação entre a escala Célsius e a Fahrenheit: Termómetros que usam substância termométrica líquida, baseiam- se no princípio da variação do volume do líquido com a temperatura Ex: Termómetros de mercúrio e de álcool

7 Temperatura e sua medição (cont.) 02-06-2016 7 Problemas que surgem com esses termómetros: 1. Dado que líquidos diferentes têm coeficientes de expansão diferentes, termómetros usando líquidos diferentes coincidirão apenas nos pontos de calibração. 2. O intervalo de temperaturas para os quais os termómetros podem ser usados é limitado Para resolver esse problema foi necessário conceber um termómetro universal, cujas leituras são independentes da substância termométrica usada – o termómetro de gás.

8 Termómetro de gás: 02-06-2016 8 a. Termómetro de gás à pressão constante: Baseia-se no princípio de que quando a pressão do gás permanece constante, o volume ocupado pelo gás é directamente proporcional à temperatura Onde é o coeficiente de expansão cúbica do gás. b. Termómetro de gás a volume constante: baseia-se no princípio de que quando o gás é aquecido ou arrefecido à volume constante a sua pressão é directamente proporcional à temperatura do gás:

9 02-06-2016 9 Foi adoptado um único ponto fixo – ponto triplo da água Ponto onde a água apresenta os três estados coexistindo em equilíbrio. Este ponto ocorre à temperatura de aproximadamente igual a 0,01º C e à pressão de 4,58 mm-Hg. Se o ponto fixo for o ponto tríplo da água, teremos:

10 Termómetro de resistência 02-06-2016 10 Estes termómetros funcionam na base do princípio de que a resistência eléctrica dum material varia de forma mais ou menos uniforme com a temperatura: Se são as resistências eléctricas dum condutor metálico à temperaturas T e 0º C, respectivamente, então: onde é o coeficiente de resistência da temperatura A temperatura desconhecida será dada por: Se for usado um único ponto fixo (ex ponto tríplo na escala absoluta):

11 Dilatação térmica: 02-06-2016 11 A dilatação térmica é o aumento das dimensões dum sistema termodinâmico como consequência do aumento da sua temperatura. A dilatação térmica é o resultado da variação da separação média entre os átomos constituintes da substância. Para um sólido a dilatação térmica pode ser linear, superficial ou volumétrica: a) Dilatação linear onde, é o coeficiente de dilatação linear b) Dilatação superficial, onde é o coeficiente de dilatação superficial e. c) Dilatação volumétrica onde é o coeficiente de dilatação volumétrico, tal que

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