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Medir a temperatura: expansão de sólidos ou líquidos Básico

Publicado em 12/06/2008 

Ficha de Aprendizagem

Síntese

Introdução à explicação do funcionamento de um termómetro, que se baseia na alteração de uma propriedade física de um material, devido à mudança de temperatura.

Palavras-chave
  • Temperatura
  • Termómetro
  • Propriedade termométrica
  • Celsius
Objectivos de aprendizagem

A aprendizagem neste tópico envolve os seguintes objectivos:

  • Compreender o princípio de funcionamento de um termómetro;
  • Definir a escala de temperatura Celsius.
Pré-requisitos

Os seguintes conhecimentos são essenciais para a compreensão deste tópico:

O funcionamento de um termómetro baseia-se na existência de uma substância que possui uma propriedade, a qual varia com a temperatura. Esta propriedade da substância designa-se por propriedade termométrica.

Algumas propriedades físicas de substâncias que podem mudar com a temperatura são: o volume de um líquido (por exemplo, mercúrio ou álcool etílico), a dimensão de um sólido, a resistência eléctrica de um metal (por exemplo, um fio de platina), a pressão de um gás a volume constante, o volume de um gás a pressão constante, ou a cor de um objecto.

O comprimento de um sólido l depende da temperatura T, em boa aproximação, de modo linear:

Imagem 3

onde α é um coeficiente de dilatação linear característico de cada material. A dependência do volume relativamente à temperatura obtém-se quando cada dimensão linear do corpo se altera de acordo com a equação apresentada anteriormente. Num cubo com aresta de dimensão l, o volume V depende da temperatura de acordo com:

Imagem 4

onde o coeficiente de dilatação cúbica é Imagem 5.

termometro

Fig. 1 – O nível de mercúrio do termómetro aumenta devido ao aumento de temperatura.

A aproximação realizada apenas é válida se αT 1. Na grande maioria dos materiais, α é da ordem de grandeza entre 10-5 e 10-6, logo verifica-se a condição de validade, e a expressão aproximada obtida anteriormente é correcta.

Os termómetros mais comuns consistem numa quantidade de líquido, normalmente mercúrio ou álcool, que se expande num tubo de vidro capilar quando a temperatura aumenta. Nesse caso, a propriedade física que se altera é o volume ocupado pelo líquido, causando uma modificação do comprimento da coluna de líquido proporcional à variação de temperatura.

A medição de temperaturas com um termómetro requer a existência de uma escala com pontos de referência e de uma unidade. O astrónomo sueco Anders CélsiusLink externo (1701 - 1744) propôs uma escala de temperatura, que usa dois pontos de referência: o ponto de gelo da água e o ponto de vapor da água. O ponto de gelo corresponde à temperatura do gelo puro em equilíbrio térmico com a água líquida, à pressão atmosférica normal, e o ponto de vapor corresponde à temperatura do vapor de água em equilíbrio térmico com água líquida pura, à pressão atmosférica normal.

Fig. 2 – Pontos de referência da escala de temperatura Célsius.

Ao ponto de gelo associa-se o valor de 0 ºC e ao ponto de vapor, o valor de 100 ºC. O intervalo que o mercúrio percorre entre 0 e 100 ºC é dividido em 100 partes iguais, e cada centésima parte equivale a 1 ºC. A designação “grau centígrado” é incorrecta, uma vez que centígrado significa centésimo de grado, sendo o grado uma unidade de ângulo plano.

Grau Celsius

A unidade de temperatura que se define como a centésima parte do intervalo entre o ponto de gelo (0 ºC) e o ponto de vapor (100 ºC) da água.

Existem outras escalas de temperatura, tais como a escala de temperatura Fahrenheit e a escala de temperatura absoluta.

A escala de temperatura Fahrenheit foi desenvolvida pelo físico alemão Daniel Fahrenheit (1686 - 1736). Fahrenheit usou dois pontos de referência na sua escala: a temperatura mais baixa que conseguiu obter em laboratório (uma solução aquosa de cloreto de amónio e gelo em equilíbrio térmico, à qual atribuiu a temperatura de 0 ºF), e a sua temperatura corporal a que atribui a temperatura de 96 ºF.

Fahrenheit dividiu esse intervalo em 12 partes iguais e subsequentemente dividiu cada uma das partes em 8 partes iguais, perfazendo um total de 96 divisões entre 0 ºF e 96 ºF.

Na escala de temperatura Fahrenheit o ponto de gelo e o ponto de vapor da água correspondem a 32 ºF e 212 ºF, respectivamente, tendo uma separação de 180º. Assim, o intervalo de 1 ºF corresponde a 100/180 = 5/9 do intervalo de 1 ºC.

Autor e Créditos

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Referências Bibliográficas

  • [1] Fiolhais C., Valadares J., Silva L., Teodoro V., Física 10º Ano, Didática Editora, Lisboa, 2000.
  • [2] Serway, R. A., Jewett, J. W., Physics for Scientists and Engineers, Thomson Learning, Belmont, 2004.
  • [3] C. Gerthsen, H. Kneser, H. Vogel, Física, 1998, Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 1998.
 

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