Escalas termométricas

1. CENTRO EDUCACIONAL SANTO
EXPEDITO
AULA 03 – ESCALA TERMOMÉTRICA
PROF. PAULO DIAS
2º ANO
FÍSICA

2. TERMOLOGIA é a parte da Física que estuda os
fenômenos relacionados com o calor e a temperatura.
FÍSICA, 2ª Série
Escalas Termométricas
Imagem: Gérald Tapp / Creative Commons Attribution-Share Alike
3.0 Unported
Imagem: Fir0002, flagstaffotos.com.au / GNU Free Documentation
License / http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fire02.jpg

3. Calor e Temperatura
Temperatura: é uma grandeza física, que mensura 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 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:
Greg
L
/
GNU
Free
Documentation
License
Imagem: SEE-PE

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).
Maior temperatura
Menor temperatura
Imagens:
SEE-PE

5. 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.
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

6. Termometria
Termômetro – Um dispositivo calibrado para medir a temperatura do corpo.
É a partir da termologia que se estudam os processos de medição da temperatura
de um corpo.
Imagem:
Zwager
/
Public
Domain

7. COMO MEDIR A TEMPERATURA
Algumas das propriedades físicas que mudam com a temperatura e que são
usadas 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.
Imagem:
Geof
from
de.wikipedia.org
/
GNU
Free
Documentation
License
Termômetro
• Instrumento destinado a medir
a temperatura dos corpos;
• A medida da temperatura é
feita de forma indireta;
• Grandezas e substâncias
termométricas;

8. TIPOS DE TERMÔMETROS
Podem ser: de mercúrio, a álcool, clínico, Six e Bellani, de
resistência elétrica, bimetálico, de pressão de gás, laser e
infravermelho.
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.

9. Escalas Termométricas - GRADUAÇÃO

10. Escalas Termométricas
Escala Celsius
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).
Imagem:
Olof
Arenius
/
Astronomical
observatory
of
Uppsala
University
/
Public
Domain.
Imagem:
Pearson
Scott
Foresman
/
Wikimedia
Foundation
/Public
Domain

11. Escala Fahrenheit
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 Estados
Unidos e Belize.
Imagem:
Pearson
Scott
Foresman
/
Wikimedia
Foundation
/Public
Domain

12. 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).
Qual a proporção de água para sal,
usada por Fahrenheit na sua experiência
em que desenvolveu a escala de mesmo
nome?
Imagem:
Autor
Desconhecido,
1735
/
Horrebows
Basis
Astronomiæ
/
United
States
Public
Domain
Olaus Roemer trabalhando em seu laboratório.

13. Quando começou a construir os seus termômetros, Fahrenheit
procedia assim: colocava os termômetros (vários deles) em
mistura de água com gelo e marcava neles o valor 30; a seguir,
colocava - os (um a um, é claro) na axila "de uma pessoa com
saúde" e marcava 90. A esta altura, os termômetros já estavam
calibrados. Para testar a calibração, colocava-os depois em uma
mistura de água, gelo e sal do mar, ou de água, gelo e sal de
amônia, e exigia que todos marcassem a mesma temperatura.
Essa mistura era feita na hora, sem proporções especificadas,
pois servia só para verificar se todos marcavam a mesma
temperatura. Isto está relatado no seu trabalho, publicado nas
Philosophical Transactions of the Royal Society of London,
volume 33, página 78, de 1724. Portanto, ele não diz em lugar
nenhum quais as proporções da mistura, e provavelmente ele
mesmo não sabia, e nem era necessário, para o fim a que se
destinava. Mais tarde, a temperatura da mistura água-gelo
passou a ser chamada de 32, e a do corpo humano de 96. Esta
última, é claro, não se usa mais: usa-se, como você sabe, a
temperatura de ebulição da água a uma pressão bem
estabelecida (7).
Imagem:
Autor
Desconhecido
/
United
States
public
domain
Assinatura: Daniel Gabriel Fahrenheit /
United States Public Domain

14. Em 1724, época em que muitos cientistas criavam seus próprios
termômetros e seus valores, as vantagens da utilização do grau
Fahrenheit eram muito mais perceptíveis, tanto para uso da ciência
local, quanto para o uso no dia a dia. Atualmente, as vantagens dessa
medição, tanto para a ciência, quanto para o dia a dia parecem pouco
úteis, devido ao avanço da ciência (8).

15. • 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).
VANTAGENS
Imagem:
Pearson
Scott
Foresman
/
Wikimedia
Foundation
/Public
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16. • 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).
VANTAGENS

17. • 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).
VANTAGENS

18. Escala kelvin
O Termômetro de Gás
O comportamento observado
nesse dispositivo é a variação da
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:
gh
P
P 

 0
Imagem:
Autor
Desconhecido
/
United
States
public
domain
Imagem: Kuroisam / Public Domain

19. Experimentos mostram que as leituras do termômetro são quase independentes do
tipo de gás utilizado, para que a pressão do gás seja baixa e a temperatura bem
acima 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.
Tal temperatura deve representar um limite inferior para os processos físicos, porque
a pressão mais baixa possível é P=0 (seria um vácuo perfeito).
Isso sugere que essa temperatura em
particular tem importância universal,
pois não depende da substância usada
no termômetro.
Definimos a temperatura de –273,15 C como sendo o zero absoluto (14)
.
Imagem: SEE-PE

20. 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).
RELAÇÃO VOLUME - TEMPERATURA DE UM GÁS A PRESSÃO CONSTANTE.
ZERO ABSOLUTO

21. Assim, Kelvin atribuiu o valor zero para este
estado térmico e o valor de 1 kelvin a uma
extensão igual à do grau Celsius, de modo que
o ponto de fusão do gelo, corresponde a 273 K
e o ponto de ebulição da água, corresponde a
373 K. O nome e o símbolo grau kelvin foram
abolidos em convenção científica internacional
e substituídos simplesmente por kelvin;
portanto, ao invés de 10 °K, escreve-se 10 K e
lê-se: dez kelvin (16).
Imagem:
Celsius_kelvin_estandar_1954.png:
Homo
logos
/
Modificações
feitas
por
Kismalac
/
GNU
Free
Documentation
License.

22. Posteriormente, descobriu-se ser impossível atingir o estado de
agitação molecular nulo; as moléculas têm uma energia mínima
denominada energia do ponto zero, e o zero absoluto é
inatingível na prática. O zero absoluto é obtido por extrapolação
e não deve ser interpretado como o estado em que as partículas
estariam em completo repouso, pois elas possuem uma energia
mínima finita e apresentam movimento (17).

23. CONVERSÃO ENTRE AS ESCALAS
Imagens: SEE-PE

24. 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.
OUTRAS ESCALAS – EM DESUSO
ESCALA RÉAUMUR
Imagem:
J.
Pizzetta
/
United
States
public
domain
Imagem:
Green
Lane
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25. ESCALA RANKINE
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).
Imagem:
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Imagem:
SEE-PE