Baixe Temperatura e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! FUNDAMENTOS DE HIDROSTÁTICA/ TERMOLOGIA MARCELO GOMES DA SILVA/ENGENHARIA MECÂNICA/FCA P ág in a1 A temperatura é uma das grandezas físicas mais conhecidas e citadas atualmente. Todos os dias as pessoas lêem em jornais, ouvem no rádio ou vêem na televisão os boletins meteorológicos indicando as temperaturas máxima e mínima para a sua região. Ajustamos a temperatura do forno do fogão e do aparelho de ar condicionado e verificamos nossa temperatura corporal quando estamos nos sentindo febris. Como podemos ver, a temperatura pode ser percebida de várias maneiras, entretanto, ela nos traz a informação de quão quente ou frio está um determinado corpo em relação a outro corpo de referência, ou ainda como o indicador do sentido da troca de energia na forma de calor entre o corpo e sua vizinhança. São as sensações táteis de quente e de frio que nos transmitem a primeira noção de temperatura. Dizemos então que quanto mais quente é um corpo, maior é a sua temperatura. Do ponto de vista microscópico, a temperatura está associada à energia cinética média de translação das partículas (átomos, moléculas ou íons). Análises microscópicas mostram que qualquer corpo, seja ele sólido, OU líquido ou gasoso, é composto por partículas em constante agitação. Para um mesmo estado físico, a agitação das partículas está relacionada com a temperatura. Assim, a temperatura está intimamente ligada à energia cinética média das partículas que compõem o corpo. Uma temperatura mais alta indica maior agitação das partículas e, portanto, maior energia cinética média. A temperatura é uma grandeza que permite determinar quantitativamente o grau de agitação térmica das partículas de um corpo ou substância. O conceito de temperatura está associado ao seguinte fato experimental, conhecido como Lei Zero da Termodinâmica: FUNDAMENTOS DE HIDROSTÁTICA/ TERMOLOGIA MARCELO GOMES DA SILVA/ENGENHARIA MECÂNICA/FCA P ág in a2 Dois sistemas em equilíbrio térmico com um terceiro estão em equilíbrio térmico entre si. Assim, dois sistemas em equilíbrio térmico entre si estão à mesma temperatura. Para saber se dois sistemas têm a mesma temperatura não é necessário colocá-los em contato térmico entre si, bastando verificar se ambos estão em equilíbrio térmico com um terceiro corpo, chamado termômetro. Na prática, podemos construir um termômetro da seguinte maneira: escolhemos uma substância termométrica, selecionamos uma propriedade dessa substância que dependa da percepção fisiológica de temperatura e definimos a escala termométrica. Um tipo de termômetro muito comum é constituído de um bulbo e um tubo capilar de vidro, tendo, no seu interior, mercúrio como substância termométrica (Fig.1). A propriedade selecionada, que depende da percepção fisiológica de temperatura, é o volume. A variação do volume do mercúrio, por efeito da variação de temperatura, aparece como variação do comprimento da coluna de mercúrio no tubo capilar. FUNDAMENTOS DE HIDROSTÁTICA/ TERMOLOGIA MARCELO GOMES DA SILVA/ENGENHARIA MECÂNICA/FCA P ág in a5 gelo e 100 (cem) para o ponto de vapor. Divide-se o intervalo entre os dois pontos fixos (denominado intervalo fundamental) em cem partes iguais. Cada uma dessas partes constitui a unidade da escala, denominada grau Celsius (símbolo ºC). Portanto, o grau Celsius corresponde a um centésimo do intervalo fundamental. Outra escala, que ainda é usada em países de língua inglesa, é a escala Fahrenheit, em que o zero (0 o F) foi escolhido para a temperatura de um certo dia muito frio na Islândia e o cem (100oF) para a temperatura média corporal de uma pessoa. Os valores atribuídos, nessa escala, para o ponto de gelo e o ponto de vapor são, respectivamente, 32 o F e 212 o F . O intervalo fundamental é dividido em 180 partes iguais, cada uma das quais constitui o grau Fahrenheit (símbolo: oF). Assim, o grau Fahrenheit corresponde a 1/180 do intervalo fundamental. Teoricamente, não existe nenhum limite superior de temperatura, isto é, não há um estado térmico que possa ser considerado mais quente que todos os demais. No entanto, é possível demonstrar que existe um limite inferior de temperatura, ou seja, um estado térmico onde as moléculas apresentam a menor agitação térmica possível. A esse estado térmico dá-se o nome de zero absoluto, conforme citado anteriormente. Embora seja inatingível na prática, foi possível chegar, através de considerações teóricas e experimentais, à conclusão de que o zero absoluto corresponde, nas escalas relativas usuais, a -273,15 o C (usaremos o valor aproximado de -273 o C ) e -459,67 o F. Embora a criação das escalas absolutas envolva considerações mais complexas de Termodinâmica, nessa altura podemos definir escala FUNDAMENTOS DE HIDROSTÁTICA/ TERMOLOGIA MARCELO GOMES DA SILVA/ENGENHARIA MECÂNICA/FCA P ág in a6 absoluta como sendo qualquer escala termométrica que tenha origem no zero absoluto. Coloquemos, em um mesmo ambiente, três termômetros: um Celsius, um Fahrenheit e outro Kelvin. Suponhamos que, no equilíbrio térmico, o Celsius forneça a leitura C, o Fahrenheit a leitura F e o Kelvin a leitura K. Estas diferentes leituras representam, em escalas diferentes, uma mesma temperatura: a temperatura do ambiente q. Analogamente 0 o C, 32 o F e 273K representam uma mesma temperatura: o ponto de gelo. Da mesma forma: 100 o C, 212 o F e 373K representam uma mesma temperatura: o ponto de vapor. As três escalas citadas estão, esquematicamente, representadas abaixo: Podemos converter temperaturas utilizando a seguinte expressão: FUNDAMENTOS DE HIDROSTÁTICA/ TERMOLOGIA MARCELO GOMES DA SILVA/ENGENHARIA MECÂNICA/FCA P ág in a7 Por exemplo: Converter 40 o C em o F. Na tabela a seguir, temos os valores das temperaturas dos pontos de fusão e de ebulição do oxigênio, do fenol e do pentano. Quais seriam esses valores na escala kelvin? 40 5 = 𝐹 − 32 9 𝐹 = 360 5 + 32 𝐹 = 104 ℉ 𝐶 5 = 𝐹 − 32 5 𝐶 + 275 = 𝐾