Física Térmica

Temperatura e Dilatação

Será considerada, de acordo com SEARS, ZEMANSKY, YOUNG (1997), a classe dos fenômenos térmicos ou de calor, que necessita da grandeza fundamental: temperatura, sendo que para os estudos de sistemas mecânicos, eram necessários apenas grandezas fundamentais: comprimento, tempo e massa, uma vez que as outras grandezas mecânicas, como força, energia e momento, são expressas em termos dessas três.

Temperatura é uma das sete grandezas fundamentais do SI. Os físicos costumam medir a temperatura usando a escala Kelvin. Embora, aparentemente, a temperatura de um corpo possa ser aumentada indefinidamente, está sujeita a um limite inferior, que tomamos como sendo zero da escala Kelvin. A temperatura ambiente está em torno de 290 Kelvins ou 290 K, acima deste zero absoluto (HALLIDAY, RESNICK, WALKER 1996).

Segundo HALLIDAY, RESNICK, WALKER (1996), o valor de temperatura mais próximos obtido em laboratório do zero absoluto até 1992, foram: temperatura mais baixa – 0,000000002 K. Por todo o mundo existem pesquisadores querendo descobrir como atingir temperaturas o mais próximo possível do zero absoluto.

Lei Zero da Termodinâmica

As propriedades de um material são alteradas quando mudamos o seu ambiente térmico, por exemplo, levando- o de um forno quente para um refrigerador. Nesse caso, a medida que a temperatura diminui, o volume do material também diminui.

Numa linguagem menos formal, a mensagem da lei zero é: "Todo corpo tem uma propriedade chamada temperatura. Quando dois corpos estão em equilíbrio térmico, suas temperaturas são iguais" (HALLIDAY, RESNICK, WALKER 1996).

A lei zero é constantemente usada no laboratório. Ela só surgiu apenas na década de 1930, muito depois da descoberta da primeira e da segunda leis da termodinâmica. Devido o fato do conceito de temperatura ser fundamental para estas duas leis, uma outra lei que torna válido o conceito de temperatura, deveria ter precedência, por isso foi denominada de lei zero.

A Escala Internacional de Temperatura

De acordo com HALLIDAY, RESNICK, WALKER (1996) ,foi adotada a Escala Internacional de Temperatura, para uso prático, como na calibração de termômetros. Consistindo em um conjunto de instruções para se obter na prática um valor aproximado para a escala Kelvin. Adota- se um conjunto de pontos fixos, especifica- se um conjunto de instrumentos para serem usados na interpolação entre estas temperaturas de ponto fixo, e para extrapolar acima da temperatura máxima ou abaixo da mínima.

As Escala Celsius e Fahrenheit

Usada na pesquisa científica básica, a escala Kelvin, foi discutida até então. A escala Celsius (centígrada) é utilizada em quase todos os países do mundo para aplicações comerciais, domiciliares e algumas aplicações científicas. A diferença para a escala Kelvin é que o zero desta é deslocado para um valor mais conveniente, já o tamanho do intervalo de um grau é o mesmo nas duas escalas.

A escala utilizada nos Estados Unidos, é a escala Fahrenheit, e tem um intervalo de um grau menor que o da escala Celsius e também do ponto zero de temperatura deslocado.

Expansão Térmica

A possibilidade de se afrouxar uma tampa metálica muito apertada de uma jarra de vidro, colocando-a sob um jato de água quente, é dada graças a maior expansão do metal em relação ao vidro, com o aumento da temperatura.

Cientes da dilação dos materiais, ao serem construídas pontes de concreto, são deixados intervalos de dilatação; os canos nas refinarias também possuem laços de expansão, de modo a não se deformarem com o aumento da temperatura; os materiais utilizados pelos dentistas para preencherem cavidades nos dentes devem ter as mesmas propriedades de expansão térmica que o dente; as peças de conexão como os rebites, utilizados em aviões, antes de serem colocadas no lugar, são resfriadas em gelo seco, para melhor se ajustarem ao se expandir.

Termômetros[1] e termostatos[2] podem ser baseados na maneira diferente como se expandem nos componentes de uma lâmina bimetálica. Nos termômetros, a lâmina bimetálica é enrolada em forma de hélice, e mudanças de temperatura fazem com que a hélice se enrole ou desenrole. Os termômetros de bulbo familiares usam o fato de que os líquidos como o mercúrio ou o álcool se expandem muito mais que o recipiente de vidro, quando a temperatura aumenta (HALLIDAY, RESNICK, WALKER 1996).


[1]Termômetro: instrumento de medição de temperatura, cujo funcionamento se baseia no estabelecimento de equilíbrio térmico entre ele e o sistema cuja temperatura se quer determinar.

[2]Termostatos: sua função é impedir que a temperatura de determinado sistema varie além de certos limites preestabelecidos. Um mecanismo desse tipo é composto, fundamentalmente, por dois elementos: um indica a variação térmica sofrida pelo sistema e é chamado elemento sensor, o outro controla essa variação e corrige os desvios de temperatura, mantendo-a dentro do intervalo desejado. Termostatos controlam a temperatura dos refrigeradores, ferros elétricos, ar condicionado e muitos outros.

Referências:

  1. HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de Física –Gravitação, Ondas e Termodinâmica. 4 Ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora, 1996. 292 p.
  2. SEARS, Francis; ZEMANSKY, Mark, W. ; YOUNG, Hugh D. Física 2: Mecânica dos Fluidos . Calor . Movimento Ondulatório. 2 Ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora, 1997. 510 p.