A Medida da Temperatura

Os instrumentos que medem temperatura são chamados termômetros.Eles medem o grau de agitação térmica das partículas de um corpo.

Sensação térmica:Colocando a mão sobre um corpo temos sensações térmicas e expressamos essas sensações utilizando palavras como quente, gelado, morno ou frio, por exemplo. Mas os sensores térmicos que temos na pele não permitem dizer a que temperatura estão os corpos. Além disso, cada pessoa tem sensações térmicas diferentes e, para a mesma pessoa, as sensações térmicas podem até ser enganosas. Para saber, maneira precisa, a temperatura de um corpo, foi necessário criar instrumentos chamados termômetros.

Termômetros:Em geral, quando a temperatura de um corpo varia, ocorrem também outras variações. Por exemplo, na maioria dos casos, o volume de um corpo aumenta quando sua temperatura aumenta e diminui quando sua temperatura diminui. No primeiro caso, dizemos que o corpo sofre expansão térmica e, no segundo, que sofre contração térmica. Para cada variação de temperatura há uma variação de volume. O funcionamento dos termômetros tem, por base, mudanças que ocorrem nas propriedades dos materiais, quando sua temperatura sofre variações. Nos termômetros mais utilizados, a temperatura é medida pela dilatação de líquidos, geralmente o mércurio ou o álcool.

O termômetro de mercúrio:O termômetro de mercúrio é, em geral, utilizado para medir a temperatura do nosso corpo ou do ambiente e a temperatura de substâncias em laboratórios. É formado por um tubo fino de vidro, chamado capilar. A extremidade inferior do capilar é larga e forma um recipiente chamado bulbo, que contém o mercúrio. Mede-se a temperatura colocando o corpo em contato com o termômetro e espera-se algum tempo para que o corpo e o termômetro entrem em equilíbrio térmico. Se o corpo está mais quente que o termômetro, cede calor ao vidro e ao mercúrio e este se dilata, subindo pelo capilar. Se o corpo está frio, é o termômetro que cede calor ao corpo e, então, o mercúrio se contrai e desce no capilar. Quando o corpo e o termômetro entram em equilíbrio térmico, ficam à mesma temperatura. A altura do mercúrio no capilar é diretamente propocional à temperatura do corpo; por isso essa altura deve estar associada a uma escala de temperatura.

Os pontos fixos:As temperaturas de fusão e de ebulição das substâncias puras permanecem constantes enquanto tais substâncias mudam de estado. Por exemplo. enquanto uma certa quantidade de água pura está em ebulição, sua temperatura permanece a mesma. Assim, as temperaturas de fusão e de ebulição são chamados pontos fixos e seus valores são definidos na graduação de escalas de temperatura.

A escala Celsius:um astrônomo, de origem sueca, chamado Anders Celsius (1701-1744) criou uma escala de temperatura de fusão do gelo e a temperatura de ebulição da água ao nível do mar, e atribuindo a essas temperaturas os valores 0 e 100, respectivamente. Essa escala é chamada escala Celsius de temperatura. Para criar a escala, Celsius marcou a altura alcançada pelo mercúrio em cada um dos pontos fixos e dividiu a distância entre as duas marcas (0 °C e 100 °C ) em 100 partes iguais. Cada divisão representa a variação de temperatura de um grau Celsius ( 1°C ). Existem escalas de temperatura em que os valores dos pontos fixos não são 0 e 100. Na escala Fahrenheit, por exemplo, aos pontos fixos foram atribuídos os valores de temperatura 32 e 212; além disso, a distância entre os dois valores foi dividida em 180 partes iguais; cada parte corresponde a 1°F.

O termômetro clínico:A temperatura do corpo humano é praticamente constante, mantendo-se em torno de 37°C. Essa temperatura pode se elevar devido a causas orgânicas, na situação que chamamos febre. Para saber qual é a temperatura do corpo, utiliza-se um tipo de termômetros chamado termômetro clínico. A escala vai de 35 °C a 42 °C. Tal escala corresponde ao intervalo de variação da temperatura corporal, e cada grau está subdividido em 10 partes iguais, o que permite medir alterações de temperatura muito pequenas, de 0,1 °C. Junto do bulbo, o capilar é mais estreito; com isso o mercúrio não desce quando afastamos o termômetro do corpo.

Autor: Alex Sandro

Temperatura e Calor

Pode-se definir como temperatura a medida da energia cinética das partículas de um corpo. Além dessa definição, pode-se afirmar que temperatura é a grandeza escalar que determinará se um corpo está "quente" ou "frio". O calor pode ser definido como sendo a energia térmica em movimento, que se transfere de um corpo a outro unicamente pela diferença de temperatura entre esses corpos. Embora sejam grandezas muito relacionadas, calor e temperatura não são sinônimos. São palavras que devem ser utilizadas com significativa distinção. Por exemplo, não dizemos que um corpo quente tem calor; dizemos que ele se encontra a uma determinada temperatura.

A temperatura de um corpo está relacionada com o movimento dos átomos, das moléculas ou dos íons que o constituem. Este movimento pode ser denominado agitação térmica. Devido a esse movimento os corpos possuem energia térmica. A temperatura de um corpo é a medida da intensidade da agitação térmica de sua partículas. Quanto maior a velocidade de suas partículas, maior a temperatura do corpo. Por exemplo, quando a água é aquecida, o movimento de suas partículas torna-se mais intenso, por isso sua temperatura aumenta. Se a água é colocada no refrigerador, a agitação térmica de suas partículas diminui e, por consequência, sua temperatura diminui.

O calor é simplesmente a energia térmica em movimento, isto é, em dinâmica; o calor é a energia térmica em transferência entre os corpos. O calor sempre transfere-se de um corpo mais quente para um corpo mais frio. Por exemplo: em dias nublados com a temperatura baixa, sentimos mais frio porque o calor do nosso corpo é transferido para o ambiente (que está mais frio).

Quando dois corpos que estão em contato têm a mesma temperatura, estão em equilíbrio térmico. Como o calor é uma forma de energia, sua unidade no Sistema Internacional de Medidas (S.I.) pode ser o Joule (J), que é a unidade de energia. Todavia, para o calor, utiliza-se uma unidade mais típica: a caloria (cal), ou um de seus múltiplos, como a quilocaloria (kcal). A relação entre caloria e Joule é: 1 cal = 4,186 J.

Quando estuda-se sobre calor, tem-se que aprender outras grandezas relacionadas com ele. Um exemplo disso é a chamada capacidade térmica e o calor específico. A capacidade térmica pode ser entendida como sendo a quantidade de calor que um corpo absorve, produzindo uma certa variação de temperatura. Matematicamente, define-se: quando um corpo absorve uma quantidade de calor dQ, produzindo uma variação de temperatura dt, sua capacidade térmica C será C = dQ/dt. Quanto maior for a capacidade térmica de um corpo, maior será a quantidade de calor que devemos fornecer a ele para provocar uma determinada elevação em sua temperatura. A unidade de capacidade térmica no S.I. é o J/ °C. O calor específico de uma substância é a quantidade de calor necessária para aumentar (ou diminuir) em uma dada temperatura uma dada quantidade de massa de uma substância. Matematicamente, define-se: se um corpo de massa m tem uma capacidade térmica C, o calor específico, c, do material que constitui o corpo é dado por c = C/m. A unidade de calor específico é a cal/g . °C.

Autor: Eliakim Ferreira Oliveira.

Transformação de Energia

A energia não pode ser criada, muito menos destruída; ela apenas pode ser transformada em outra forma de energia. Conclui-se, pois, que toda forma de energia provém de alguma outra forma de energia. Existe, então, o que podemos chamar de cadeia de energia. Todavia, podemos afirmar que quase toda forma de energia que conhecemos, direta ou indiretamente, têm origem na energia solar. A energia armazenada nas moléculas que formam o petróleo é de origem solar. Na combustão da gasolina e de outros derivados do petróleo, essa energia é liberada na forma de energia térmica, que será transformada em energia cinética de movimento ou em energia elétrica.

A água e os diferentes sais e rochas absorvem quantidades diferentes de energia solar; por isso o aquecimento da superfície terrestre não é o mesmo em todos os pontos da Terra. As diferenças de temperatura produzem o deslocamento de massas de ar, ou seja, os ventos. A energia dos ventos, também chamada de energia eólica, pode ser transmitida para as pás de uma turbina (chamada turbina eólica) e posteriormente ser convertida em energia elétrica.

Deve-se ao célebre inventor norte-americano Thomas Alva Edison (1847-1931) (retratado na fotografia acima) o projeto das primeiras instalações elétricas para a produção de energia elétrica. Essas instalações foram as primeiras usinas termoéletricas, que transformavam a energia térmica da combustão do carvão e do petróleo em energia elétrica. Nas primeiras décadas do século XX foram construídas as primeiras usinas hidroelétricas, em que a energia cinética da água é transformada em energia elétrica. No início eram aproveitadas quedas d'água naturais; com o desenvolvimento da construção civil, foram produzidos lagos artificiais e assim poder ter quedas d'água capazes de gerar maiores quantidades de energia.

Na segunda metade do século XX, para gerar energia elétrica, começaram a ser construídas usinas nucleares, em que, para produzir o vapor de água que movia as turbinas, é utilizada a energia nuclear. Iniciou-se também a utilização de energia solar, da energia eólica, da energia geotérmica e da energia das marés. No entanto, a maior parte da produção mundial de energia elétrica, cerca de 65 %, é feita por usinas termoelétricas.

Autor: Eliakim Ferreira Oliveira.

A Energia

"A energia não pode ser criada, nem destruída. Ela apenas pode ser transformada..."

James Prescott Joule (1818-1889)

Existe energia em todas os seres vivos, em todos os tipos de movimento, no calor, na luz, no som... enfim, em todo o Universo. Em nosso cotidiano, é a energia que possibilita-nos realizar todas ações, atividades e tarefas. Podemos observar ou sentir suas manifestações, que, por sinal, são extremamente diversas. A energia apresenta-se de muitas formas e recebe nomes diferentes de acordo com a forma como manifesta-se: energia de movimento, o que chamamos de energia cinética; energia armazenada, o que podemos chamar de energia potencial; energia térmica; energia luminosa; energia sonora entre outras.

A energia cinética pode ser entendida como uma energia associada ao movimento de um corpo. Todo o corpo em movimento possui energia cinética. Matematicamente, ela pode ser resumida da seguinte forma: consideremos um corpo de massa m, movimentando-se com uma velocidade v; sua energia cinética E será a metade do produto de sua massa multiplicada pelo quadrado de sua velocidade, isto é, E = (1/2) mv². O trabalho realizado por um corpo em movimento pode ser quantificado como sendo a variação de sua energia cinética, ou seja, T = dE, onde dE é a respectiva variação de sua energia cinética.

A energia potencial pode ser explicada como sendo uma espécie de energia... armazenada! Nós não a percebemos, todavia podemos observar sua transformação em outras formas de energia. Por exemplo: uma pedra na beira de um precipício possui energia armazenada, devido a sua altura em relação ao solo. Se a pedra cair, a energia potencial transforma-se em energia cinética de movimento. Esse tipo de energia potencial, em que um corpo pode realizar trabalho a uma certa altura, é denominada energia potencial gravitacional, representada por Epg. A energia potencial gravitacional depende da altura h e da massa m de uma corpo, juntamente com a aceleração gravitacional g (que vale aproximadamente 9,8 m/s²). Com isso ela pode ser calculada pela seguinte expressão: Epg = mgh.

Outra forma de energia potencial é a energia armazenada numa mola comprimida ou esticada, salientando-se que uma mola em tais condições pode, por energia cinética, colocar um outro corpo em movimento. Esse tipo de energia potencial é chamada de energia potencial elástica, representada por Epel. A energia potencial elástica depende da deformação x da mola e do tipo de mola que é usada. A grandeza relacionada ao tipo de mola usada (mola mais "dura" ou mais "mole") é denominada constante elástica k da mola. Essa constante depende unicamente do tipo de mola. A energia potencial elástica pode ser quantificada da seguinte maneira: essa energia será igual a metade do produto da constante elástica k multiplicada pelo quadrado da deformação x, ou seja, Epel = (1/2) kx².

A energia química e a energia nuclear também são formas de energia potencial. A energia química armazenada nas moléculas de etanol, por exemplo, transforma-se em energia térmica durante a combustão. No núcleo dos átomos fica armazenada uma enorme quantidade de energia chamada nuclear, que é observada nas reações nucleares. Todo fenômeno luminoso ou sonoro também são manifestações de energia. A energia luminosa está relacionada a quantidade de luz incidente em uma determinada superfície, se transformando assim em energia térmica. A energia sonora, assim como em qualquer onda, está relacionada com a amplitude e frequência desta mesma. O calor pode ser considerada como a energia interna de um corpo, sendo ele apenas a energia térmica em movimento, passando de um corpo à outra, dependendo unicamente de uma diferença de temperatura. As descargas elétricas, como os relâmpagos e a energia elétrica produzida nas hidrelétricas, também são manifestações de energia.

Autor: Eliakim Ferreira Oliveira.