Fisica energia

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Ao medir a temperatura da fusão do gelo em água na sua nova escala Fahrenheit achou o correspondente a 32° F, enquanto, a temperatura de ebulição da água era de 212° F.

- Escala Kelvin

Esta escala também conhecida como escala absoluta, foi verificada pelo físico William Thompson (1824-1907), também conhecido como Lorde Kelvin. Esta escala tem como referência a temperatura do menor estado de agitação de qualquer molécula e é calculada a partir da escala Celsius.[pic 3]

Na pratica esse ponto é impossível de se alcançar, contudo, esse valor foi alcançado teoricamente na escala Celsius e corresponde a um valor igual a -273,15°.

Durante a realização de experimentos verificou que se o volume de um gás for mantido constante, a sua pressão seria reduzida a uma razão de 1/273 do valor inicial para variação de -1° C na temperatura. Assim, ele concluiu que se o gás sofresse uma redução de temperatura de 0°C para -273° C, a sua temperatura reduziria a zero. A esse valor e de -273° C ficou conhecido como zero absoluto. Kelvin atribuiu o zero da sua escala como sendo igual a -273° C na escala Celsius.

- Relação entre as escalas termométrica

[pic 4]

- Conversões entre escalas

Para que seja possível expressar temperaturas dadas em uma escala para outra qualquer, deve-se estabelecer uma convenção geométrica de semelhança.

Por exemplo, convertendo uma temperatura qualquer dada em escala Fahrenheit para escala Celsius:

[pic 5]

Pelo princípio de semelhança geométrica:

[pic 6]

Da mesma forma, pode-se estabelecer uma conversão Celsius-Fahrenheit:

[pic 7]

E para escala Kelvin:

[pic 8]

[pic 9]

- DILATAÇÃO TERMICA

Praticamente todas as substâncias, sejam sólidas, líquidas ou gasosas, ao sofrer uma variação de temperatura, cresce a agitação molecular e por conseqüência imediata o aumento da distância média entre as moléculas. Isso porque durante a agitação, duas forças atuam nas moléculas: a de atração, provocando aproximação; e a de repulsão, provocando afastamento. Essas forças não são simétricas, de modo que a força de repulsão é maior do que a de atração. Assim, é possível concluir que o afastamento das moléculas é maior que a aproximação, resultando no aumento das dimensões do corpo. Esse fenômeno e conhecido como dilatação térmica ou uma contração térmica, se elas diminuem.

Observe a figura abaixo:

[pic 10]

O aumento de temperatura provoca um afastamento das moléculas e conseqüentemente aumento do tamanho do corpo.

A dilatação térmica é algo muito comum no nosso dia a dia, pois os objetos são constantemente submetidos a variações de temperatura. Na engenharia, esse fenômeno deve ser considerado na construção de algumas edificações, como por exemplo, na construção de pontes e viadutos. Portanto, pode ser observado que mantém entre cada lance um pequeno espaço vazio.

Isso se deve ao conhecimento que temos de que, quando aquecido, irá aumentar seu comprimento sofrer uma expansão térmica e, não havendo para onde se expandir, poderá causar danos.

Esse espaçamento maior entre elas se manifesta através da expansão das dimensões do corpo, as quais podem ocorrer de três formas: linear, superficial e volumétrica.

- Dilatação térmica linear

É a dilatação aplicada apenas para corpos em estado sólido que se caracteriza pela variação no comprimento do corpo. E em nosso cotidiano esta presente principalmente em cabos e vigas metálicas. Portanto, quando sujeitos a variações de temperatura, corpos com dilatação linear sofrerão, principalmente, variações no comprimento.

A dilatação linear depender de três fatores:

- Substância que é feito o material;

- Variação de temperatura;

- Comprimento inicial.

Essa variação pode ser calculada a partir da seguinte equação matemática, veja:

[pic 11]

Onde:

- α é o coeficiente de dilatação térmica linear, cuja unidade é o °C-1, que depende da natureza do material que constitui o corpo;

- Lo é o comprimento inicial do corpo;

- ΔL e ΔT é, respectivamente, a variação do comprimento e da temperatura do corpo.

Na tabela podemos verificar o valor do coeficiente de dilatação linear de algumas substâncias.

[pic 12]

Pela tabela podemos verificar o valor de alguns coeficientes de dilatação para alguns materiais e compará-los. Observamos que o valor do coeficiente para o vidro pirex é, aproximadamente, três vezes menor do que o vidro comum por isso ele suporta maiores variações de temperatura e não trinca tão facilmente como o vidro comum.

- Dilatação térmica superficial

É a dilatação que se caracteriza pela variação na área superficial do corpo. Esta forma de dilatação consiste em um caso onde há dilatação linear em duas dimensões. Há corpos que podem ser considerados bidimensionais, pois sua terceira dimensão é desprezível frente às outras duas, por exemplo, uma chapa. Neste caso, a expansão ocorre nas suas duas dimensões lineares, ou seja, na área total do corpo.

A dilatação superficial, da mesma forma que a dilatação linear, depende:

- Variação de temperatura;

- Área inicial;

- Material que e feito o corpo, porém, o coeficiente utilizado é o "coeficiente de dilatação superficial" () que vale duas vezes o coeficiente de dilatação