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Aula 2

 

 

 

 

 

                       

 

 

 

                                                     
 
Termometria

Equilíbrio Térmico: Imagine dois sistemas A e B postos em presença, sendo que o sistema A provoca no operador a sensação de quente e o sistema B provoca a sensação de frio. Para fixar a idéia, considere uma variante do exemplo citado anteriormente, na qual o sistema A seria um líquido morno, dentro de um copo, e o sistema B seria um copo com água e pedras de gelo. A experiência mostra que, decorrido um certo intervalo de tempo, os sistemas provocarão no operador a mesma sensação.

Suponha que tenham sido fixados as coordenadas macroscópicas desses sistema no instante em que eles são postos em presença. Verifica-se, enquanto os sistemas provocam sensações distintas no operador, as coordenadas macroscópicas estarão variando. A variação cessa quando os sistemas provocam a mesma sensação no operador.

Note, entretanto, que as sensações são subjetivas, isto é, dependentes do operador. Assim, elas são inaceitáveis para a física, pois não se prestam a um critério de medida, o que não acontece com as coordenadas macroscópicas, pois existem critérios universais para medi-las.

Rejeitando, pois, as sensações, podemos enunciar a seguinte definição:

"Dizemos que entre os sistemas A e B postos em presença se estabelece o equilíbrio térmico quando cessa a variação de suas coordenadas macroscópicas."

A lei zero da Termodinâmica pode ser enunciada simplesmente da seguinte maneira: "Dois sistemas em equilíbrio térmico com um terceiro estão em equilíbrio térmico entre si."

O conceito de temperatura: A temperatura é a propriedade que permite dizer se dois ou mais sistema estão ou não em equilíbrio térmico. Dois ou mais sistemas em equilíbrio térmico apresenta mesma temperatura; sistemas que não estão em equilíbrio térmico apresentam temperaturas diferentes. Note que este conceito é estritamente macroscópico.

Temperatura: A temperatura está associada da energia cinética e potencial, média dos átomos e das molécula em um sistema.

Posteriormente você aprenderá a conceituar a temperatura do ponto de vista microscópico.

Escala de temperatura: Para que a temperatura fique completamente definida é necessário indicar como se associa um número a temperatura de um sistema. Essa associação resulta de um conjunto de regras e obedece basicamente as seguintes condições:

a) as temperaturas de sistema em equilíbrio térmico associa-se o mesmo número;

b) as temperaturas de sistemas que não se encontram em equilíbrio térmico associam-se números diferentes.

Um conjunto de regras que satisfaz as condições acima constitui uma escala de temperaturas.

A fixação de uma escala de temperatura começa com a escolha do termômetro, isto é de um sistema dotado de uma propriedade que varie regularmente com a temperatura. Tal propriedade é chamada propriedade termométrica. A cada valor da propriedade termométrica corresponderá um único valor da temperatura, isto é, a temperatura é uma função unívoca da propriedade termométrica.

Simbolicamente escrevemos t = f(X), sendo que t indica a temperatura e X o valor da propriedade termométrica.

Escolhido o termômetro e, conseqüentemente, a propriedade termométrica, o passo seguinte consiste em explicitar a função t = f(X), estabelecendo uma equação termométrica.

Antes de 1954, a equação universalmente adotada era do tipo t = aX + b  na qual a e b são constantes. Mais adiante mostraremos que, em 1954, foi adotada oficialmente uma equação do tipo T = aX, sugerida pelo químico Francis Giauque.

Por ora, voltaremos a falar sobre a equação termométrica t = aX + b. Note que esta escolha é inteiramente arbitrária, e que em certos problemas poderão ser empregadas equações mais complicadas.

Mas, afinal para que serve a equação termométrica. É  ela que nos permite associar um número (a temperatura) a um certo valor medido X, da propriedade termométrica. Portanto, é a equação pela qual, a um dado valor X, podemos associar o valor correspondente de t. É claro que, para isto, é necessário conhecermos o valor dos coeficientes a e b. É  isto que veremos a seguir.

Determinação das constantes da equação termométrica: A determinação das constantes a e b é feita a partir de dois sistemas de fácil e fiel reprodução. Para as escalas termométricas usadas antes de 1954, os sistemas universalmente escolhidos eram os seguintes:

a) sistema gelo - água sob pressão normal (1 atm), cuja temperatura é aqui denominada ponto de gelo.

b) sistema água - vapor d'água sob pressão normal (1 atm), cuja temperatura é aqui denominada ponto de vapor.

Essas temperaturas são também denominadas "pontos fixos fundamentais" e o intervalo entre elas é denominado "intervalo fundamental" da escala.

Uma vez determinadas as constantes a e b elas são introduzidas na equação termométrica, que passará a representar a equação característica da escala considerada. Para exemplificar faremos o estabelecimento da chamada escala arbitrária.

Termoscópio: Primeiro instrumento utilizado para verificar o estado térmico de um corpo, criado por Galileu em 1602.

Termômetro: Instrumento utilizado para medir a temperatura de um sistema ou de um corpo.

Substância termométrica: substância que pelo menos uma grandeza física variando em função da temperatura.

Grandeza termométrica: grandeza física que varia em função da temperatura.

Ex; Termômetro de laboratório na sua maioria de mercúrio.

Substância termométrica é o mercúrio (único metal líquido nas CNTP).

Grandeza termométrica é o volume que varia substancialmente com a temperatura, variação essa representada pela coluna formada em um tubo capilar.

Atividade prática - Construindo um termômetro de líquido (substância termométrica será a água).

Antes da atividade faça anotações respondendo estes questiona- mentos.

É possível?

Qual suas limitações?

Seu material para o experimento será um tubo capilar de vidro com 30 cm de comprimento, um tubo de ensaio, rolha de silicone e água. Uma fonte de calor pode ser uma lamparina a álcool e fósforos. (cuidado com seu manuseio).

Procedimentos:

Preencha completamente com água o tubo de ensaio, tampe-o com a rolha, tome o cuidado de antes, colocar o tubo de vidro na rolha conforme figura. (a rolha já vem preparada com um furo central para introduzir o tubo).

Obs.: Sugestão de programa para o Arduíno onde ligamos 3 sensores de temperatura LM35.

Termômetro com 3 LM 35 através do Arduíno uno R3
Código - plotter serial


//Sensor de temperatura usando o LM35

const int LM35 = A0; // Define o pino que lera a saída do LM35
float temperatura; // Variável que armazenará a temperatura medida
 const int LM352 = A1; // Define o pino que lera a saída do LM35
float temperatura1; // Variável que armazenará a temperatura medida
 const int LM353 = A2; // Define o pino que lera a saída do LM35
float temperatura2; // Variável que armazenará a temperatura medida

//Função que será executada uma vez quando ligar ou resetar o Arduino
void setup() {
Serial.begin(9600); // inicializa a comunicação serial
}

//Função que será executada continuamente
void loop() {
temperatura = (float(analogRead(LM35))*5/(1023))/0.01;
Serial.print ("Temperatura: ");

Serial.println (temperatura);
delay(1000);
temperatura1 = (float(analogRead(LM352))*5/(1023))/0.01;
Serial.print("Temperatura1: ");
Serial.println(temperatura1);
delay(1000);
temperatura2 = (float(analogRead(LM353))*5/(1023))/0.01;
Serial.print("temperatura2: ");
Serial.println(temperatura2);
Serial.print (" ");
delay(1000);
}

*saiba mais sobre grandezas analógicas e digitais, clicando aqui.

Escalas termométricas:

Com a necessidade de quantificar a temperatura de um corpo ou sistema foi necessário a associação de números as variações da grandeza termométrica escolhida. Surgiram várias escalas, entre as mais conhecidas temos: Celsius, Fahrenheit e kelvin entre outras.

Relação entre as escalas Celsius, Fahrenheit  e Kelvin.

C/5 = F-32/9 = K-273/5

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