Escalas termométricas

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Escalas termométricas

  1. 1. Área - Física Ensino Médio, 2ª SérieEscalas termométricas
  2. 2. FÍSICA, 2ª SérieEscalas Termométricas TERMOLOGIA é a parte da Física que estuda os fenômenos relacionados com o calor e a temperatura. Imagem: Fir0002, flagstaffotos.com.au / GNU Free Documentation Imagem: Gérald Tapp / Creative Commons Attribution-Share Alike License / http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fire02.jpg 3.0 Unported
  3. 3. Calor e Temperatura Temperatura: é uma grandeza física, que mensura Imagem: Greg L / GNU Free Documentation a energia cinética média de cada grau de liberdade de cada uma das partículas de um sistema em equilíbrio térmico. Esta definição é análoga a afirmar que a temperatura mensura a energia cinética média por grau de liberdade de cada partícula do sistema, uma vez consideradas todas as partículas de um sistema em equilíbrio térmico em um certo instante. A rigor, a temperatura é definida License apenas para sistemas em equilíbrio térmico. (wikipédia) Calor: é a energia térmica que flui de um corpo de maior temperatura para um de menor temperatura. Imagem: SEE-PE
  4. 4.  As partículas constituintes dos corpos estão em contínuo movimento. Entende-se temperatura, como sendo uma grandeza que mede a maior ou menor intensidade dessa agitação térmica. A quantidade que informa quão quente ou frio é um objeto em relação a algum padrão é chamada de temperatura (1). Imagens: SEE-PE Menor temperatura Maior temperatura
  5. 5. Frequentemente associamos o conceito de temperatura com o grau de quente ou de frio de um corpo que tocamos . A nossa pele é sensível à taxa de transferência de energia e não à temperatura do corpo . Imagem: SEE-PE Se os corpos estiverem a temperaturas diferentes, a energia pode ser trocada entre eles (2).No equilíbrio térmico os corpos em contato térmico deixam de trocar energia.
  6. 6. Lei Zero da TermodinâmicaImagem: SEE-PE "Se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro, então eles estão em equilíbrio térmico entre si." (3)
  7. 7. TermometriaÉ a partir da termologia que se estudam os processos de medição da temperaturade um corpo.Termômetro – Um dispositivo calibrado para medir a temperatura do corpo. Imagem: Zwager / Public Domain
  8. 8. COMO MEDIR A TEMPERATURA Imagem: Geof from de.wikipedia.org / GNU Free Termômetro • Instrumento destinado a medir a temperatura dos corpos; • A medida da temperatura é Documentation License feita de forma indireta; • Grandezas e substâncias termométricas;Algumas das propriedades físicas que mudam com a temperatura e que sãousadas nos termômetros: • o volume de um líquido; • o comprimento de um sólido; • a pressão de um gás mantido a volume constante; • o volume de um gás mantido a pressão constante; • a resistência eléctrica de um condutor; • a cor de um corpo quente.
  9. 9. TIPOS DE TERMÔMETROSPodem ser: de mercúrio, a álcool, clínico, Six e Bellani, deresistência elétrica, bimetálico, de pressão de gás, laser einfravermelho. Imagem superior à esquerda: Menchi / GNU Free Documentation License. Inferior à esquerda: Biol / Public Domain. E acima: Optris / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
  10. 10. Escalas Termométricas - GRADUAÇÃO
  11. 11. Escalas Termométricas Escala Celsius Imagem: Pearson Scott Foresman / Wikimedia Foundation /Public Domainobservatory of UppsalaImagem: Olof Arenius /University / PublicAstronomicalDomain. A Escala Celsius construída em 1742, pelo físico e astrônomo sueco Anders Celsius, que adotou para o ponto de fusão de gelo o valor 0 (zero) e para o ponto de ebulição da água o valor 100 (cem). Dividiu-se o intervalo obtido entre os pontos fixos em cem partes iguais, em que cada parte corresponde a uma unidade da escala e foi denominada de grau Celsius, cujo símbolo é o °C. Como o intervalo entre os pontos fixos dessa escala foi dividido em cem partes iguais, ela recebeu o nome de centesimal e, atualmente, a Escala Celsius é a mais utilizada em todo o mundo (4).
  12. 12. Escala Fahrenheit Imagem: Pearson Scott Foresman / Wikimedia Foundation /Public Domain A Escala Fahrenheit foi construída, em 1727, pelo físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit, que adotou o valor 0 (zero) para a mistura: água, gelo picado e sal; e o valor 100 para a temperatura do corpo humano. Dividiu-se o intervalo entre esses pontos fixos em 100 partes iguais e cada parte recebeu o nome de grau Fahrenheit, cujo símbolo é °F. Ao compararmos os pontos fixos escolhidos por Fahrenheit e Celsius, temos para o ponto de fusão do gelo, sob pressão de 1 atmosfera, o valor 32 °F e para o ponto de vapor da água, também sob pressão de 1 atmosfera, o valor 212 °F; o intervalo dividido em 100 partes iguais pelo sueco (Celsius) é dividido em 180 partes iguais Fahrenheit (5).Esta escala foi utilizada principalmente pelos países que foram colonizados pelos britânicos,mas seu uso atualmente se restringe a poucos países de língua inglesa, como os EstadosUnidos e Belize.
  13. 13. Imagem: Autor Desconhecido, 1735 / Horrebows Basis Astronomiæ / United States Public DomainQual a proporção de água para sal,usada por Fahrenheit na sua experiênciaem que desenvolveu a escala de mesmonome? Daniel Gabriel Fahrenheit, polonês e muito rico, viveu de 1686 a 1736. Inspirou-se, para construir a sua escala termométrica, no grande físico dinamarquês Olaus Roemer, que foi a primeira pessoa a medir a velocidade da luz. Roemer construía termômetros, e Fahrenheit, que nessa época vivia em Copenhagen, costumava visitá-lo para aprender a fazer termômetros também. Roemer usava como temperaturas a solução em equilíbrio de água e gelo, e a temperatura do corpo humano (6). Olaus Roemer trabalhando em seu laboratório.
  14. 14. Quando começou a construir os seus termômetros, Fahrenheitprocedia assim: colocava os termômetros (vários deles) emmistura de água com gelo e marcava neles o valor 30; a seguir, Imagem: Autor Desconhecido / United States public domaincolocava - os (um a um, é claro) na axila "de uma pessoa comsaúde" e marcava 90. A esta altura, os termômetros já estavamcalibrados. Para testar a calibração, colocava-os depois emuma mistura de água, gelo e sal do mar, ou de água, gelo e salde amônia, e exigia que todos marcassem a mesmatemperatura. Essa mistura era feita na hora, sem proporçõesespecificadas, pois servia só para verificar se todos marcavam amesma temperatura. Isto está relatado no seu trabalho,publicado nas Philosophical Transactions of the Royal Society ofLondon, volume 33, página 78, de 1724. Portanto, ele não dizem lugar nenhum quais as proporções da mistura, eprovavelmente ele mesmo não sabia, e nem era necessário,para o fim a que se destinava. Mais tarde, a temperatura damistura água-gelo passou a ser chamada de 32, e a do corpohumano de 96. Esta última, é claro, não se usa mais: usa-se,como você sabe, a temperatura de ebulição da água a umapressão bem estabelecida (7). Assinatura: Daniel Gabriel Fahrenheit / United States Public Domain
  15. 15. Em 1724, época em que muitos cientistas criavam seus própriostermômetros e seus valores, as vantagens da utilização do grauFahrenheit eram muito mais perceptíveis, tanto para uso da ciêncialocal, quanto para o uso no dia a dia. Atualmente, as vantagens dessamedição, tanto para a ciência, quanto para o dia a dia parecem poucoúteis, devido ao avanço da ciência (8).
  16. 16. VANTAGENS Imagem: Pearson Scott Foresman / Wikimedia Foundation /Public Domain• Em países de clima frio, as temperaturas assumem, quase sempre, valores positivos na escala Fahrenheit, o que não é acompanhado pela graduação em Celsius. O zero Fahrenheit é - 17,78 °C, portanto, poucas serão as situações em que serão apresentados valores negativos na previsão do tempo, o que facilita a compreensão de temperatura pelos habitantes de países de clima frio, principalmente para cálculos de amplitude térmica pelos mais humildes. (Exemplo: uma cidade com temperatura abaixo do ponto de fusão da água somente durante a noite) (9).
  17. 17. VANTAGENS• O fato de existir uma maior quantidade de números em um mesmo intervalo, quando comparados Fahrenheit e Celsius (1,8 pra 1) faz com que todos os arredondamentos para valores inteiros se mostrem muito mais próximos do valor real. Entretanto, críticos sugerem que, mesmo a diferença de 1 grau na escala Celsius (para a temperatura da cidade) é uma variação muito pequena para ser atribuída uma vantagem a esta característica. Antigamente, na época da criação do sistema, esta era uma vantagem válida para medições meteorológicas que deviam ser as mais acuradas possíveis, principalmente para estudos físicos e registros históricos (10).
  18. 18. VANTAGENS• Em Celsius, a definição da passagem de estado febril para febre que precisa da utilização de medicamentos está entre os valores 37 e 38 °C. Em Fahrenheit, acostumou-se a tratar pacientes com medicamentos, quando a febre destes chega a valores de 3 dígitos (100 °F = 37,78 °C). É usual encontrar, nos países que utilizam a medida, enfermeiras falando: "A temperatura já atingiu três dígitos, vamos dar uma medicação". Numa época pré-industrial e antes do aperfeiçoamento do setor de saúde, esta foi uma valiosa informação para enfermeiros e médicos, fato que parece perder a importância com o passar do tempo (11).
  19. 19. Escala kelvin O Termômetro de GásUnited States publicImagem: AutorDesconhecido / O comportamento observado nesse dispositivo é a variação dadomain pressão com a temperatura de um volume fixo de gás. Foi calibrado utilizando-se os pontos de fusão do gelo e de ebulição da água. O reservatório B de mercúrio é levantado ou abaixado até que o volume do gás confinado esteja em algum valor, indicado pelo ponto zero da régua (12). A altura h (a diferença entre os níveis do reservatório e da coluna A) indica a pressão no frasco, de acordo com a equação: P  P0  gh Imagem: Kuroisam / Public Domain
  20. 20. Imagem: SEE-PE Curva de calibração Imagem: Kuroisam / Public Domain Se quisermos medir a temperatura de uma substância, colocamos o frasco de gás em contato térmico com a substância e ajustamos a coluna de mercúrio até que o nível na coluna A retorne a zero. A altura da coluna nos informa a pressão do gás e podemos, então, encontrar a temperatura da substância, a partir da curva de calibração (13).
  21. 21. Experimentos mostram que as leituras do termômetro são quase independentes dotipo de gás utilizado, para que a pressão do gás seja baixa e a temperatura bemacima do ponto no qual o gás se liquefaz.A figura mostra a curva de calibração para três gases diferentes. Observamos que se estendermos as retas rumo às temperaturas negativas, para P=0, a temperatura é de –273,15 C para as três retas. Isso sugere que essa temperatura em particular tem importância universal, pois não depende da substância usada no termômetro.Imagem: SEE-PETal temperatura deve representar um limite inferior para os processos físicos, porquea pressão mais baixa possível é P=0 (seria um vácuo perfeito). Definimos a temperatura de –273,15 C como sendo o zero absoluto (14).
  22. 22. RELAÇÃO VOLUME - TEMPERATURA DE UM GÁS A PRESSÃO CONSTANTE.ZERO ABSOLUTO Kelvin verificou, experimentalmente, que a pressão de um gás diminuía 1/273 do valor inicial, quando resfriado a volume constante de 0 °C para – 1 °C. Como a pressão do gás está relacionada com o choque de suas partículas com as paredes do recipiente, quando a pressão fosse nula, as moléculas estariam em repouso, a agitação térmica seria nula e a sua temperatura também. Conclui-se, então, que isso aconteceria se transformássemos o gás até – 273°C (15).
  23. 23. Imagem: Celsius_kelvin_estandar_1954.png: Homo logos / ModificaçõesAssim, Kelvin atribuiu o valor zero para esteestado térmico e o valor de 1 kelvin a uma feitas por Kismalac / GNU Free Documentation License.extensão igual à do grau Celsius, de modo queo ponto de fusão do gelo, corresponde a 273 Ke o ponto de ebulição da água, corresponde a373 K. O nome e o símbolo grau kelvin foramabolidos em convenção científica internacionale substituídos simplesmente por kelvin;portanto, ao invés de 10 °K, escreve-se 10 K elê-se: dez kelvin (16).
  24. 24. Posteriormente, descobriu-se ser impossível atingir o estado deagitação molecular nulo; as moléculas têm uma energia mínimadenominada energia do ponto zero, e o zero absoluto éinatingível na prática. O zero absoluto é obtido por extrapolaçãoe não deve ser interpretado como o estado em que as partículasestariam em completo repouso, pois elas possuem uma energiamínima finita e apresentam movimento (17).
  25. 25. CONVERSÃO ENTRE AS ESCALASImagens: SEE-PE
  26. 26. TERMÔMETRO CLÍNICOÉ um termômetro de mercúrio adaptado para funcionar no intervalo de temperaturas de 35°C a44°C. Normalmente, é utilizado na determinação da temperatura do corpo humano e de outrosseres vivos. Como é construído com a finalidade básica de indicar a temperatura maiselevada por ele atingida, quando em contato com o corpo humano, o termômetro clínico éconsiderado um termômetro de máxima.Para que esse objetivo seja alcançado, há um estrangulamento do tubo capilar na região que oliga ao bulbo, evitando, assim, o refluxo de mercúrio após ter atingido a temperatura máxima. Imagem: Zwager / Public DomainPara desfazer o efeito do estrangulamento, é suficiente sacudir o termômetro com movimentosrápidos, pois a inércia do mercúrio leva-o de volta ao bulbo. O termômetro clínico deve terpequenas dimensões, a fim de atingir o equilíbrio térmico com o corpo humano rapidamente, e suaescala deve ser fracionada para que seja sensível à pequenas variações de temperatura. Na prática,o termômetro clínico apresenta tubo capilar de alguns milímetros de diâmetro e comprimento dedez centímetros aproximadamente (18).
  27. 27. O termômetro clínico, quando usado em mais de um paciente, pode funcionar comoveículo de contaminação microbiana. Assim, após cada tomada de temperatura, eledeve ser esterilizado. Mas, devido ao pequeno intervalo de temperaturas (35°C a44°C) em que ele trabalha, essa esterilização não pode ser feita através de processosque utilizam temperaturas elevadas. O álcool é, portanto, o antissépticorecomendado.Os termômetros de mercúrio são muito utilizados na prática, pois:- o mercúrio é facilmente obtido em elevado grau de pureza;- o mercúrio apresenta dilatação térmica regular e muito superior à do vidro;- sob pressão normal, o mercúrio é líquido num intervalo de temperaturas bastanteextenso (entre 39°C e 359°C), o que abrange os fenômenos térmicos mais frequentes;- o mercúrio não adere ao vidro e não reage com ele;- os termômetros de mercúrio são de fácil construção e cômodos no manuseio (19).
  28. 28. OUTRAS ESCALAS – EM DESUSO Imagem: J. Pizzetta / United States ESCALA RÉAUMUR public domain Imagem: Green Lane / GNU Free Documentation License A escala Réaumur é uma escala de temperatura concebida em 1731 pelo físico e inventor francês René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757), cujos pontos fixos são o ponto de congelamento da água (zero) e seu ponto de ebulição (80 graus). Inventou um termômetro a álcool e apresentou uma escala termométrica para esses tipos de termômetros (1730), que fez muito sucesso na Europa Ocidental. Assim, a unidade desta escala, o grau Réaumur, vale 4/5 de 1 grau Celsius e tem o mesmo zero que o grau Celsius. Seu símbolo é °R.
  29. 29. ESCALA RANKINE Imagem: SEE-PEImagem: United States public domain Escala Termométrica inventada por William John Macqorn Rankine (1820 - 1872), físico escocês que atribuiu o valor zero ao zero absoluto e utilizou o grau Fahrenheit como unidade de variação (20).
  30. 30. Tabela de Imagens Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso3b, 4, 5, 6, SEE-PE Acervo SEE-PE 23/02/2012 20a, 21, 25, 29b 2a Fir0002, flagstaffotos.com.au / GNU Free http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fire02. 09/02/2012 Documentation License / jpg http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fir e02.jpg 2b Gérald Tapp / Creative Commons http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Iceber 09/02/2012 gs.jpg 3a Greg L / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Therm 09/02/2012 ally_Agitated_Molecule.gif 7 e 26 Zwager / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kwikth 09/02/2012 ermometers.jpg 8 Geof from de.wikipedia.org / GNU Free http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Therm 09/02/2012 Documentation License ometer4x_75percent_15.389.jpg 9a Menchi / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Clinica 09/02/2012 l_thermometer_38.7.JPG 9b Biol / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Koorts 09/02/2012 thermometers-AFEC-0120- Lot240901%2BHartmann-0123-Lot3499.jpg 9c Optris / Creative Commons Attribution- http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Optris 09/02/2012 Share Alike 3.0 Unported CT.jpg
  31. 31. Tabela de ImagensSlide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso11a Olof Arenius / Astronomical observatory of http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Anders 10/02/2012 Uppsala University / Public Domain. -Celsius-Head.jpg11b Pearson Scott Foresman / Wikimedia http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Therm 10/02/2012 Foundation /Public Domain ometer_(PSF)_de.svg 12 Pearson Scott Foresman / Wikimedia http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Therm 10/02/2012 Foundation /Public Domain ometer_(PSF)_de.svg 13 Autor Desconhecido, 1735 / Horrebows Basis http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ole_R%C3%B8 10/02/2012 Astronomiæ / United States Public Domain mer_at_work.jpg14a Autor Desconhecido / United States public http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fahren 10/02/2012 domain heit_small.jpg14b Daniel Gabriel Fahrenheit / United States Public http://en.wikipedia.org/wiki/File:Daniel_Gabriel 10/02/2012 Domain _Fahrenheit_Signature.svg 16 Pearson Scott Foresman / Wikimedia http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Therm 10/02/2012 Foundation /Public Domain ometer_(PSF)_de.svg19a Autor Desconhecido / United States public http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lord_K 10/02/2012 domain elvin_photograph.jpg
  32. 32. Tabela de ImagensSlide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso19b Kuroisam / Public Domain Kuroisam / Public Domain 10/02/201220b Kuroisam / Public Domain Kuroisam / Public Domain 10/02/2012 23 Celsius_kelvin_estandar_1954.png: Homo logos /http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Celsius 10/02/2012 Modificações feitas por Kismalac / GNU Free Kelvin.svg Documentation License.28a J. Pizzetta / United States Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reaum 10/02/2012 ur_1683-1757.jpg28b Green Lane / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Old_R% 10/02/2012 C3%A9aumur_scale_thermometer_- _IMG_0983.JPG29a Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:W_J_M 10/02/2012 _Rankine.JPG

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