FÍSICA TÉRMICA ( Termologia )

Termologia (termo = calor, logia = estudo) é a parte da Física encarregada de estudar o calor e seus efeitos sobre a matéria. A termologia está intimamente ligada à energia térmica, estudando a transmissão dessa energia e os efeitos produzidos por ela quando é fornecida ou retirada de um corpo. 

Temperatura e Calor:

 

Temperatura: As partículas constituintes dos corpos estão em contínuo movimento. Entende-se temperaturacomo sendo uma grandeza que mede o estado de agitação das partículas de um corpo, caracterizando o seu estado térmico.

 

Calor: É uma forma de energia em transito de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura.

 

Equilíbrio térmico: é o estado onde a temperatura de dois ou mais corpos são iguais. Assim, quando um corpo está em equilíbrio térmico em relação a outro, cessam os fluxos de troca de calor entre eles. 

Ex: Quando uma xícara de café é deixada por certo tempo sobre uma mesa, ela esfriará até entrar em equilíbrio térmico com o ambiente em que está.

Termômetros e Escalas Termométricas:

Termômetro é um aparelho que permite medir a temperatura dos corpos.

-  Uma escala termométrica corresponde a um conjunto de valores numéricos onde cada um dessesvalores está associado a uma temperatura.

Para a graduação das escalas foram escolhidos, para pontos fixos, dois fenômenos que se reproduzem sempre nas mesmas condições: a fusão do gelo e a ebulição da água, ambos sob pressão normal.

1o. Ponto Fixo: corresponde à temperatura de fusão do gelo, chamado ponto do gelo.2

2o. Ponto Fixo: corresponde à temperatura de ebulição da água, chamado ponto de vapor.

O intervalo de 0ºC a 100ºC e de 273K a 373K é dividido em 100 partes iguais e cada uma das divisões corresponde a 1ºC e 1K, respectivamente. Na escala Fahrenheit o intervalo de 32ºF a 212ºF é dividido em 180 partes.A escala Fahrenheit é usada, geralmente, nos países de língua inglesa. A escala Kelvin échamada Escala absoluta de temperatura.

- Equação Termométrica:

Podemos relacionar a temperatura de um corpo com a propriedade termométrica através da função de 1o. grau: t = aG + b

Em que: a e b são constantes e a ≠0.

G é a grandeza termométrica.t é a temperatura.Essa função é denominada equação termométrica.Exemplo: Num termômetro de mercúrio a altura da coluna líquida é de 4cm e 29cm, quando a temperatura assume os valores 10ºC e 60º C, respectivamente.

Lei Zero da Termodinâmica:

Lei Zero é, essencialmente, uma definição microscópica de temperatura. Embora seja de uso corrente a noção de quente ou frio, pelo contato com a pele, ela pode levar a avaliações erradas de temperatura. É bem conhecido o exemplo de que a mesma água pode parecer mais fria ou mais quente ao contato da mão, quando, anteriormente, a mão foi mergulhada em água gelada ou água quente, respectivamente. De qualquer forma, é da observação cotidiana de que corpos quentes e frios, postos em contato, produzem, no fim de algum tempo, a mesma sensação, que se chega ao conceito de temperatura. Está claro que, dependendo da superfície do corpo (metálica, porosa, etc.), essa sensação pode ser falha.

Levando-se em conta as observações anteriores, a Lei Zero assim postula: se A e B são dois corpos em equilíbrio térmico com um terceiro corpo C, então A e B estão em equilíbrio térmico um com o outro, mas, formalmente, existe uma grandeza escalar, a temperatura, que é uma propriedade de todos os sistemas em equilíbrio termodinâmico; essa grandeza é tal que a condição necessária e suficiente para que haja equilíbrio térmico entre vários sistemas é que a temperatura desses sistemas seja a mesma.

Escalas termométricas

Existem muitas grandezas físicas mensuráveis, que variam quando a temperatura do corpo é alterada; em princípio, essas grandezas podem ser utilizadas como indicadoras de temperatura dos corpos. Entre elas, podem-se citar: o volume de um líquido, a resistência elétrica de um fio, e o volume de um gás mantido a pressão constante.

Escolhendo-se, arbitrariamente, grandezas que possam servir para aferir temperatura, conhecidas como grandezas termométricas, pode-se construir uma infinidade de termômetros, com escalas arbitrárias e muitas vezes incomuns. A fim de evitar esse inconveniente, pode-se estabelecer certas regras para tais grandezas ou propriedades das substâncias, regras essas que devem ser adotadas internacionalmente.

Usando regras definidas, obtêm-se as escalas termométricas, como a Celsius (centígrada) e a Fahrenheit, ou escalas absolutas como a Kelvin. Na teoria cinética, quando dois gases estão à mesma temperatura, a energia média dos átomos e moléculas é a mesma, e essa propriedade pode ser utilizada como definição de temperatura. A escala microscópica que coincide com as escalas absolutas usuais é aquela em que a temperatura é escolhida proporcionalmente à energia cinética média, sendo 2/3k (onde k é a constante de Boltzmann,  unidades do SI) a constante de proporcionalidade.

As escalas internacionais de temperatura utilizam o ponto triplo da água (ponto de equilíbrio entre as fases sólida, líquida e de vapor) como padrão; sua temperatura em graus Kelvin é escolhida como igual a 273,16 K. A partir desse ponto base, escolhem-se outros pontos úteis para a construção e aferição de termômetros.