aula 1 termometria

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TERMOMETRIA

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TERMOLOGIA

PONTOS FIXOS

A Termologia é a parte da física que estuda os fenômenos relacionados com a temperatura. O calor é uma forma de energia que possui grande importância na tecnologia. Temperatura e calor são grandezas extremamente interligadas, logo, o estudo de temperatura também será o estudo do calor. Serão estudados os cinco tópicos da termologia: termometria, calorimetria, dilatação, gases perfeitos e termodinâmica. Ao estudarmos esses tópicos, estaremos estudando a medição da temperatura, o calor e sua propagação, e outros fenômenos térmicos.

Para podermos comparar as diversas escalas termométricas, existem certos estados térmicos com características específicas, denominados pontos fixos. Existem dois pontos fixos tradicionais: 1o) ponto do gelo → temperatura de fusão do gelo; 2o) ponto do vapor → temperatura de ebulição da água.

ENERGIA TÉRMICA, CALOR E EQUILÍBRIO TÉRMICO. É o nome dado à energia associada à agitação das moléculas de um corpo. Quando dois ou mais corpos de diferentes temperaturas entram em contato, por exemplo, há uma transferência de energia do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura, isso é um processo espontâneo. Essa energia em trânsito é chamada de CALOR. A transferência de calor ocorre enquanto as temperaturas são diferentes e será cessada no momento que se igualam, ou seja, quando atingirem o EQUILÍBRIO TÉRMICO. No nosso dia a dia o termo CALOR e TEMPERATURA são bastante utilizados, mas quase sempre de maneira não condizente com suas definições na ciência. “Estou com calor”, “O fogo transferiu temperatura para a panela”, são alguns exemplos da maneira errada de utilização. A TEMPERATURA é a grandeza física que pode ser encarada como a medida do estado de agitação das moléculas que constituem um determinado corpo e o CALOR é uma energia em trânsito, portanto jamais estará contido em um corpo. As diferentes unidades de temperatura decorrem das diferentes Escalas Termométricas que ainda são utilizadas até hoje. •

TERMOMETRIA

Chamamos de Termometria a parte da Física responsável pelo estudo da medida e da variação da temperatura.

Os pontos fixos são utilizados como parâmetros para relacionarmos as diversas escalas termométricas. Os pontos fixos considerados nas diversas escalas são obtidos sob pressão normal, ao nível do mar.

Principais Escalas Termométricas Existem diversas escalas termométricas com valores diferentes para os pontos fixos. Abaixo veremos as escalas mais importantes:

Escala Celsius (°C) A escala Celsius, antes denominada de centígrada, é a escala oficial utilizada no Brasil. Seus valores são os que mais aparecem em problemas. Seus pontos fixos são 0 °C (ponto do gelo) e 100 °C (ponto do vapor).

Escala Fahrenheit (°F) É a escala utilizada em países de língua inglesa. Seus pontos do gelo e vapor são 32 °F e 212 °F, respectivamente. •

Curiosidades

1ª) Dizem que Fahrenheit também utilizou os valores “0” e “100” na sua escala: o Zero teria sido para o dia mais frio de sua cidade naquele ano e o 100 para a temperatura da Sra. Fahrenheit. 2ª) Observe que qualquer que tenha sido o critério de utilização dos valores 0 e 100, não há nisso nenhuma fundamentação científica, e, mesmo assim, pode-se dizer que cada metade do povo da Terra usa uma dessas duas escalas. 3ª) Somente com Lord Kelvin, você verá a seguir, surge uma escala com base científica: Kelvin deduz a menor temperatura do universo (- 273 oC) aí coloca o valor zero (Zero Absoluto): ausência de vibração nas moléculas do corpo (a essa temperatura todos os átomos e moléculas parariam por completo) e usa a mesma graduação da escala Celsius.

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Escala Kelvin (K) Esta escala, também conhecida como escala absoluta, não produz leituras negativas porque fornece a unidade de temperatura do SI que é o Kelvin (não se fala grau Kelvin), nela o ponto do gelo é 273 oC e o ponto do vapor 373 oC (lembre-se que Kelvin usou a mesma graduação do Celsius). A grande maioria dos problemas de termometria se refere às conversões das temperaturas de uma escala para a outra. Iremos nos basear nos pontos fixos e nas variações de temperatura.

Acima estão representadas as escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin. Utilizando proporções para as escalas Celsius, Fahrenheit teremos:

Entre Celsius e Kelvin a conversão ficaria:

Quando a transformação é entre Fahrenheit e Kelvin, temos:

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Podemos observar as proporções entre as escalas estudando suas relações graficamente, marcando os pontos fixos e utilizando a semelhança de triângulos:

FÍSICA II

Variação entre as escalas Podemos observar que entre os pontos fixos das escalas Celsius e Kelvin existem 100 unidades, portanto a variação de temperatura que ocorrer em uma delas a outra também sofrerá a mesma mudança. Isso não acontece com a escala Fahrenheit, pois entre seus pontos fixos temos uma diferença de 180 graus, sendo assim, a cada grau ou unidade que variamos nas escalas Celsius e Kelvin, a escala Fahrenheit mudará em 1,8°.

EXERCÍCIOS PROPOSTOS Acesse os códigos de cada questão para ver o gabarito

QUESTÃO 01 Vários turistas frequentemente têm tido a oportunidade de viajar para países que utilizam a escala Fahrenheit como referência para medidas da temperatura. Considerando-se que quando um termômetro graduado na escala Fahrenheit assinala 32 °F essa temperatura corresponde ao ponto de gelo, e quando assinala 212 °F trata-se do ponto de vapor. Em um desses países, um turista observou que um termômetro assinalava temperatura de 74,3 °F. Assinale a alternativa que apresenta a temperatura, na escala Celsius, correspondente à temperatura observada pelo turista. a) 12,2 °C. b) 18,7 °C. c) 23,5 °C. d) 30 °C. e) 33,5 °C.

QUESTÃO 02 Um pediatra brasileiro está fazendo especialização médica em Londres. Ao medir a temperatura de uma criança com suspeita de infecção, obtém em seu termômetro clínico a indicação 101,84 °F. Sobre esta temperatura é correto afirmar que: a) este valor é preocupante, pois equivale a uma febre de 39,6 °C. b) o valor correspondente é 37,8 °C não sendo considerado como febre. c) este valor corresponde a 37 °C sendo a temperatura corpórea normal do ser humano. d) a criança está com temperatura de 38,8 °C indicando estado febril. e) a indicação do termômetro traduz um quadro e hipotermia de 34,8 °C

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QUESTÃO 03 Antônio, um estudante de Física, deseja relacionar a escala Celsius (°C) com a escala de seu nome (°A) Para isso, ele faz leituras de duas temperaturas com termômetros graduados em °C e em °A. Assim, ele monta o gráfico abaixo. Qual a relação termométrica entre a temperatura da escala Antônio e da escala Celsius?

QUESTÃO 05 Ainda existem discordâncias sobre o local ideal para mensurar a temperatura corporal. Pode ser axilar, bucal, timpânico, esofágico, nasofaringeano, vesical e retal. Os locais habitualmente mensurados são - Axilar: temperatura normal encontra-se entre 35,5 a 37,0 °C com média de 36,0 °C a 36,5 °C. - Bucal: temperatura normal encontra-se entre 36 a 37,4 °C. - Retal: temperatura normal encontra-se entre 36 a 37,5 °C. Transformando esses valores para escala Kelvin, a temperatura normal, na região bucal, encontra-se entre: Fonte: Disponível em: . Acesso em: 10 jun. 2014. (adaptado)

a) 308,0 a 311,5 a) A = C + 40

b) 308,5 a 310,0

b) A = C/2 –100

c) 309,0 a 310,4

c) A = 2C – 80

d) 309,0 a 310,5

d) A = C/4 + 90

e) 310,2 a 310,4

e) A = 10C/9 – 40

QUESTÃO 04 A massa de ar frio polar continua influenciando o tempo em Santa Catarina. Nesta segunda-feira (13), Urupema voltou a registrar a temperatura mais baixa do ano até agora no estado [...]. Há uma semana, a cidade da Serra amanhece com temperaturas negativas. G1. Urupema volta a registrar a temperatura mais baixa do ano. Disponível em: . Acesso em: 13 jun. 2016 (Adaptado).

Suponha que o termômetro utilizado na cidade de Urupema, no estado do Paraná, tenha sua escala termométrica de leitura em Fahrenheit (°F) indicando uma temperatura de 15,8 °F. Se o termômetro possuísse escala termométrica em graus Celsius, quanto estaria marcando? a) -7 °C. b) -8 °C. c) -29 °C. d) -10 °C. e) -9 °C.

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QUESTÃO 06 Uma temperatura é tal que 18 (dezoito) vezes o seu valor na escala Celsius é igual a -10 (menos dez) vezes o seu valor na escala Fahrenheit. Determine essa temperatura. a) 8 °F b) 16 °F c) 32 °F d) 64 °F e) 128 °F

QUESTÃO 07 No mapa abaixo, está representada a variação média da temperatura dos oceanos em um determinado mês do ano. Ao lado, encontra-se a escala, em graus Celsius, utilizada para a elaboração do mapa.

FÍSICA II Determine, em Kelvins, o módulo da variação entre a maior e a menor temperatura da escala apresentada. a) 1,5

d) 6

b) 3,5

e) 8

c) 4,5

QUESTÃO 08 Um ramo importante da Física, ligado à Termologia é a criogenia, cuja finalidade é conseguir temperaturas extremamente baixas com as mais diferentes aplicações. A obtenção de temperaturas reduzidas é utilizada, por exemplo, na conservação de produtos alimentícios, no transporte de gêneros perecíveis, na preservação de tecidos, dos componentes do sangue e de outras partes do corpo humano para posterior utilização. Em Biologia e Veterinária, a criogenia está associada à conservação do sêmen de animais para uso em fertilização. A manutenção de sêmen bovino em temperatura da ordem de 73° kelvin é fundamental para preservar suas características, a fim de que o processo de inseminação artificial tenha sucesso. (...). (Adaptado de FERRARO, N. G.; SOARES, P. A. de Toledo; FOGO. Ronaldo. Física Básica. 3. ed. vol. único. São Paulo: Atual. 2009. p. 273).

QUESTÃO 09 Largamente utilizados na medicina, os termômetros clínicos de mercúrio relacionam o comprimento da coluna de mercúrio com a temperatura. Sabendo-se que quando a coluna de mercúrio atinge 2,0 cm, a temperatura equivale a 34 °C e, quando atinge 14 cm, a temperatura equivale a 46 °C. Ao medir a temperatura de um paciente com esse termômetro, a coluna de mercúrio atingiu 8,0 cm. A alternativa correta que apresenta a temperatura do paciente, em °C, nessa medição é a) 36 b) 42 c) 38 d) 40 e) 50

QUESTÃO 10

Com base nas informações apresentadas no texto acima, indique qual o valor correspondente à temperatura de 73° kelvin nas escalas Celsius e Fahrenheit, respectivamente, para manutenção de sêmen bovino.

Em um laboratório, um estudante deseja realizar medidas de variações pequenas de temperatura, no entanto, percebe que o termômetro comum disponível nesse laboratório é pouco eficiente, pois possui divisões de meio grau. Dessa forma, resolve construir um novo termômetro, que possua uma escala com décimos de grau, tomando, para tal, algumas providências, que estão descritas a seguir. Qual delas não irá contribuir para a ampliação da escala do termômetro?

a) -220 °C e - 380 °F

a) Usar um líquido de maior coeficiente de dilatação.

b) -200 °C e 360 °F

b) Aumentar o volume do depósito de líquido.

c) -200 °C e -328 °F

c) Diminuir o diâmetro do tubo capilar de vidro.

d) -220 °C e 400 °F

d) Usar um vidro de menor coeficiente de dilatação.

e) -240 °C e -420 °F

e) Aumentar, exclusivamente, o comprimento do tubo de vidro.

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ANOTAÇÕES

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