• O QUE SÃO ESCALAS TERMOMÉTRICAS?
  
  

Você sabe que se quiser medir a largura de uma mesa, por exemplo, vai ter que decidir qual escala usar. Talvez você use o metro, talvez o centímetro. Pois bem, quando você precisar medir temperatura também terá que escolher uma escala. As três mais conhecidas e utilizadas são as escalas Celsius (ºC), Fahrenheit (ºF) e Kelvin (K).
O aparelho usado para se obter valores numéricos para a temperatura chama-se termômetro, e o seu princípio de funcionamento está ligado à dilatação térmica dos corpos (lembra do ar dentro do saquinho que murchava e estufava, ou seja, aumentava e diminuía seu volume? Este é um exemplo de dilatação térmica). Dentro dos termômetros geralmente existe mercúrio (um metal líquido), que ao sofrer mudança de temperatura dilata ou se contrai, subindo ou descendo no tubo. O quanto ele sobe ou o quanto ele desce nos dá valores de temperaturas, que dependem da escala usada.
Um Pouco de história
A título de curiosidade veja como surgiram estas três escalas mais comuns, e mais usadas.
Escala Kelvin
Já vimos que a temperatura é uma grandeza que mede o nível de agitação das moléculas de um corpo. Quanto maior a agitação maior a temperatura, e quanto menor a agitação, menor a temperatura. .
O que seria então lógico pensar a respeito da temperatura quando as moléculas de um corpo qualquer não tivessem agitação nenhuma?
Pois é, a temperatura deveria ser igual a zero. Se não tem agitação não tem também temperatura. Este estado de ausência de agitação é conhecido como zero absoluto, e não pode ser experimentalmente alcançado, embora possa se chegar muito próximo dele.
A escala Kelvin adota como ponto de partida (0 K) o zero absoluto, ou seja, o ponto onde ocorre esta ausência total de vibração das moléculas.
Nesta escala o gelo se forma a 273K e a água ferve a 373K (ao nível do mar).
Esta escala é muito usada no meio científico, já que ela pertence ao Sistema Internacional (SI).

Escala Fahrenheit
Esta escala foi criada pelo inventor do termômetro de mercúrio, Daniel Gabriel Fahrenheit, lá pelos anos de 1714. Para isso ele escolheu dois pontos de partida, chamados atualmente de pontos fixos. Inicialmente ele colocou seu termômetro, ainda sem nenhuma escala, dentro de uma mistura de água, gelo e sal de amônio. O mercúrio ficou estacionado em determinada posição, a qual ele marcou e chamou de zero. Depois ele colocou este mesmo termômetro para determinar um segundo ponto, a temperatura do corpo humano. Quando o mercúrio novamente estacionou em determinada posição ele a marcou e chamou de 100. Depois foi só dividir o espaço entre o zero e o 100 em cem partes iguais. Estava criada a escala Fahrenheit.
Depois disso, quando Fahrenheit colocou seu termômetro graduado numa mistura de água e gelo, obteve o valor de 32ºF, e quando colocou-o em água fervendo obteve o valor de 212ºF. Portanto, na escala Fahrenheit a água vira gelo a 32ºF e ferve a 212ºF.
Esta escala é mais usada nos países de língua inglesa, com exceção da Inglaterra, que já adotou o Celsius.

Escala Celsius
A escala Celsius foi criada por Anders Celsius, um astrônomo sueco, em 1742. Ele escolheu como pontos fixos, os quais a sua escala seria baseada, os pontos de fusão do gelo (quando o gelo vira água) e de ebulição da água (quando a água ferve). Ele colocou um termômetro dentro de uma mistura de água e gelo, em equilíbrio térmico, e na posição onde o mercúrio estabilizou marcou o ponto zero. Depois colocou o termômetro na água em ebulição e onde o mercúrio estabilizou marcou o ponto 100. Estava criada a escala Celsius. Sua vantagem era que ela poderia ser reproduzida em qualquer canto do planeta, afinal, ao nível do mar, a água sempre vira gelo e ferve no mesmo ponto, e agora também na mesma temperatura.
A escala Celsius é a mais comum de todas as escalas termométricas.


Relação entre as escalas termométricas
Agora você deve estar se perguntando:
"Como eu faço para transformar uma escala na outra?" Se alguém me falar que a temperatura em Nova Iorque é de 59ºF, como vou saber realmente se lá está muito quente ou frio, já que eu estou acostumado com outra escala, a Celsius?
Existe uma equação que pode ser usada para fazer estas conversões. Com ela podemos transformar ºF em ºC, K em ºC e ºF em K, e outras transformações mais que quisermos. veja a equação abaixo:



Bom, agora que você já sabe o que são escalas termométricas já pode resolver uma atividade envolvendo este assunto.
Dilatação Térmica dos Sólidos
Começaremos discutindo a dilatação em sólidos. Para um estudo mais detalhado podemos separar essa dilatação em três tipos: dilatação linear (aquela que ocorre em apenas uma dimensão), dilatação superficial (ocorre em duas dimensões) e dilatação volumétrica (ocorre em três dimensões).


Dilatação Linear

Quando estamos estudando a dilatação de um fio, teremos a ocorrência predominante de um aumento no comprimento desse fio. Essa é a característica da dilatação linear. Imaginemos uma barra de comprimento inicial Lo e temperatura inicial to. Ao aquecermos esta barra para uma temperatura t ela passará a ter um novo comprimento L. Vejamos o esquema:



Para responder a questão anterior devemos avaliar outra questão:

Do que depende a dilatação linear de uma barra?

Poderíamos citar:
→ o comprimento inicial;
→ a variação da temperatura;
→ o tipo do material.

Logo temos que:


O coeficiente de dilatação linear é a grandeza que indica o material utilizado. Cada material possui um a diferente. Ele é o fator determinante para escolhermos um material que não se dilata facilmente ou o contrário.

DILATAÇÃO SUPERFICIAL




Dilatação superficial é aquela em que predomina a variação em duas dimensões, ou seja, a variação da área.

Consideremos uma placa de área inicial S, à temperatura inicial ti. aumentado a temperatura da placa para tf sua área passa para Sf.
A experiência mostra que S é proporcional a Si e t. Logo: S = Si t.

Em que é o coeficiente de dilatação superficial do material que constitui a placa ( = 2).

Da mesma forma que para a dilatação linear, podemos escrever: Sf = Si [1+ ( tf - ti)]

DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA:
Quando estamos estudando a dilatação de um paralelepípedo, teremos a ocorrência predominante de um aumento no volume desse corpo. Essa é a característica da dilatação volumétrica. Imaginemos um paralelepípedo de volume inicial Vo e temperatura inicial to. Ao aquecermos este corpo para uma temperatura t ele passará a ter um novo volume V.

Vejamos o esquema

Do que depende a dilatação volumétrica do paralelepípedo ?
Poderíamos citar:

→ o volume inicial;
→ a variação da temperatura;
→ o tipo do material.

Logo temos que:


O coeficiente de dilatação volumétrica é a grandeza que indica o material utilizado. A relação do coeficiente de dilatação volumétrica com o linear é dada por:

y: 3. a