Science Passion! - Conceito - Temperatura e Dilatação

Temperatura

Conceito de Temperatura

Dilatação Térmica

As escalas termométricas

Durante certo período da minha vida, fui profundamente místico. Cheguei até mesmo a jogar Tarot e fazer mapas astrais. Foi uma época em que estive revoltado com a ciência por causa de alguns professores daquele tipo que fazem a gente odiar qualquer coisa.Toda área de conhecimento tem seu jargão próprio e no esoterismo não podia ser diferente. Qual não foi minha surpresa ao perceber que os termos usados pelos místicos, quase sempre, são os mesmos termos usados pelos cientistas. Claro que com o significado um pouquinho diferente... Mas essa é uma outra história.

Uma expressão que ouvia comumente era "Tudo vibra" ou então "... se você entra nessa faixa vibratória...". Havia muitas alusões ao fenômeno da ressonância (que terá também uma seção em breve) e coisas do tipo, mas isso ficou na minha cabeça. "Tudo vibra. A matéria vibra"

Bem, pelo menos nesse ponto eles estavam certos: tudo vibra mesmo. As moléculas de todos os corpos estão em constante vibração e essa vibração das moléculas é o que chamamos de temperatura.

Dilatação

Então a temperatura de um corpo é o quanto as moléculas dele estão agitadas ou se agitando. Isso significa que quando a temperatura aumenta, as moléculas se agitam mais, certo? Se elas se agitam mais, elas precisam de mais espaço para se movimentar. Se cada molécula sozinha ocupar um pequeno espaço a mais, então o corpo como um todo também vai ocupar um espaço extra.

Vamos visualizar isso em um sólido. Nos corpos nesse estado físico, as moléculas estão "presas" umas às outras por ligações intermoleculares (Dipolo-dipolo, Forças de Van der Waals ou Pontes de Hidrogênio) formando uma figura geométrica. Essa formação do conjunto de moléculas de um corpo é a estrutura cristalina ou retículo cristalino. Veja o exemplo do gelo de água e de uma substância hipotética cujo retículo cristalino seja exatamente um cubo.

Quando a temperatura de um corpo aumenta, aumenta também a amplitude do movimento das moléculas

Como todas as moléculas precisam de mais espaço, a estrutura total do corpo é obrigada a aumentar de tamanho, provocando a dilatação

A agitação de uma molécula, faz com que ela tenha pontos extremos de seu movimento de vai e vem, como um balanço. A distância entre esses extremos é a amplitude do movimento de vibração da molécula. Quando a temperatura aumenta, essa amplitude também aumenta.

Pegando a substância hipotética como exemplo, imagine que, por causa de um aumento de temperatura, as moléculas da substância se agitam mais e aumentam sua amplitude de movimento. Como cada uma das moléculas vai se agitar mais, cada uma delas vai precisar de mais espaço e a estrutura cristalina vai ter que aumentar.

Em um corpo há milhões de moléculas, então esse espaço que cada uma das moléculas precisa, acaba sendo multiplicado por milhões e o corpo como um todo cresce, se dilata.

Em algumas substâncias, as ligações intermoleculares é mais frouxa, mais fraca, então, nessas substâncias, a dilatação é maior do que em substâncias em que as ligações sejam muito fortes. De uma maneira geral, líquidos se dilatam mais do que sólidos, porque as moléculas do líquido ficam mais "soltas". Essa diferença entre as características moleculares das substâncias é que faz elas terem diferentes coeficientes de dilatação.

As Escalas de Temperatura

A pergunta que fica no ar é: como medir a vibração de moléculas? Com o microscópio? Ele não é capaz. Com o microscópio eletrônico? Não dá pra levar um filho ao laboratório de Física da Universidade mais próxima toda vez que se suspeitar que ele esteja com febre. Além disso, a época em que essa pergunta foi feita é muito anterior aos microscópios eletrônicos.

A idéia foi genial. Não podemos medir a temperatura, mas sabemos que ela causa dilatação de corpos em graus diferentes. Isso quer dizer que um determinado aumento de temperatura sempre causa a mesma dilatação se a substância for a mesma. Os caras concluiram que se uma substância dilata 10cm em um aumento de 10 graus, então quando ela dilatar 20cm o aumento terá sido de 20 graus. Conclusão: a grandeza que se usa para medir a temperatura é a dilatação. Chamamos essa grandeza de Grandeza Termométrica.

O Termômetro de Mercúrio:

Sabemos que cada substância se dilata de maneira diferente. Para medir a temperatura com mais facilidade, precisava-se de uma substância que se dilatasse muito, pra ser bem visível. A primeira escolha foi por um líquido, claro, pois se dilata mais do que um sólido. Entre os líquidos, aquele que apresentou maior dilatação foi o mercúrio. Conclusão: a substância que se usa para medir a temperatura é o mercúrio. Chamamos essa substância de Substância Termométrica desse termômetro.

O termômetro clínico, aquele que usamos em casa, é um termômetro de mercúrio adaptado. Ele tem um estrangulamento (parte mais estreita) perto do bulbo, para que o mercúrio não retorne rapidamente. Assim mesmo depois de não estar mais em contato com a pessoa, ele continua marcando a temperatura dela. Por isso temos que agitar o termômetro para ele voltar pro "zero".

Os Valores:

Então tinham um jeito de medir a temperatura, só faltava a escala. Nas medidas de distância temos o metro, a jarda, a légua e etc. Para a temperatura precisavam criar escalas que precisavam ser práticas. Por isso um cara chamado Anders Celsius decidiu que seria marcado O (zero graus) naquela temperatura específica em que o gelo de água se transforma em água líquida. e que seria marcado 100 (cem graus) naquela temperatura em que a água líquida se transforma em vapor d'água. Foi criada a escala Celsius.

Um outro sujeito chamado Daniel Gabriel Fahrenheit (acredite, esse era mesmo o nome dele), resolveu atribuir àquela temperatura em que o gelo vira água o valor de 32 (trinta e dois graus) e à temperatura em que a água ferve o valor de 212 (duzentos e doze graus). Essa escala foi chamada de Escala Fahrenheit.

Essas escalas inventadas por motivos práticos atribuindo valores aleatórios ao ponto do vapor e ao ponto do gelo são chamadas de Escalas Arbitrárias.

Escala Absoluta:

O físico irlandês William Thomson (lorde Kelvin) chegou à conclusão de que, se a temperatura mede a agitação das moléculas, então a menor temperatura possível aconteceria quando as moléculas estivessem em repouso absoluto. A esse estado de repouso térmico chamamos zero absoluto. Baseado no conceito de temperatura, ele criou a Escala Absoluta, conhecida como Escala Kelvin.

Ele descobriu em laboratório que, para cada grau Celsius abaixado, a pressão de um gás diminuia 1/273, portanto a pressão seria zero quando ele abaixasse 273 graus. Em um gás a pressão também depende do movimento das moléculas, por isso a pressão zero só poderia acontecer quando as moléculas estivessem em repouso absoluto. E, assim, foi estabelecido o zero absoluto.

Seguindo o raciocínio, isto é, subindo de grau em grau, Kelvin definiu o ponto de fusão do gelo de água em 273K e o ponto de ebulição da água em 373K.

Na escala absoluta não usamos grau, pois é uma escala definida e calculada experimentalmente, com "compromisso com a realidade física".

Logo logo teremos um artigo sobre calor...

Me escreva

Voltar

Home

Assine meu Livro de Visitas

Quero dizer aumento, variação, não é o valor da temperatura, mas a mudança de temperatura. Por isso tem-se que fazer aquele cálculo com os segmentos proporcionais.

Subir de volta

1