F2 A2 - Termologia e Termometria

Termologia e Termometria
A termologia e termometria são áreas fundamentais da física que abordam a natureza do calor e a sua mensuração. Este artigo apresenta um resumo detalhado sobre os principais conceitos relacionados a essas disciplinas, com destaque para as escalas de temperatura e suas aplicações práticas.
O Que é Temperatura?
Definição de Temperatura
Temperatura é a medida do grau de agitação térmica das partículas em um sistema. Quanto mais agitadas estão as partículas, maior é a temperatura.
Exemplo Prático
Por exemplo, quando a água é aquecida em uma chaleira, as partículas se movem mais rapidamente à medida que a temperatura aumenta.
Escalas de Temperatura
Escala Celsius
O ponto de fusão da água é definido como 0°C. O ponto de ebulição da água é 100°C. Muito utilizada no Brasil e em outros países.
Escala Fahrenheit
Utilizada amplamente nos Estados Unidos. O ponto de fusão da água é 32°F e o ponto de ebulição é 212°F. Relacionada com a escala Celsius pela fórmula: TC​/5=(TF​−32)/9
Escala Kelvin
Chamada de escala absoluta, pois considera o zero absoluto (-273°C) como referência. A conversão entre Celsius e Kelvin segue a relação: TK​=TC​+273.
Escalas termométricas: Sistemas de medição de temperatura.
Escalas termométricas são sistemas de medição utilizados para quantificar a temperatura com base em pontos de referência, como o ponto de fusão do gelo e o ponto de ebulição da água. As principais escalas são Celsius (°C), Fahrenheit (°F) e Kelvin (K). A escala Celsius é amplamente usada em contextos científicos e cotidianos, enquanto a Fahrenheit é comum em países como os Estados Unidos. Já a escala Kelvin é utilizada no Sistema Internacional (SI) e tem como referência o zero absoluto, a menor temperatura possível, equivalente a -273,15°C.
Conversão de Escalas e Variações de Temperatura
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Fórmula de Conversão
A conversão entre escalas é essencial para aplicações em diferentes contextos científicos. Por exemplo, para converter uma variação de temperatura entre Celsius e Fahrenheit:
ΔTC​​=9ΔTF​​
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Aplicações
Essa abordagem é utilizada em fénomenos como dilatação térmica, calorimetria e estudos de termodinâmica.
Aplicações e Importância
Calorimetria
A conversão precisa é necessária para calcular o calor transferido em sistemas.
Termodinâmica
A escala Kelvin é fundamental para o estudo de gases ideais e processos energéticos.
Ciência e Tecnologia
Os conceitos de temperatura têm impacto direto em diversas áreas, como engenharia e meteorologia.
Entendendo a Termometria, Calor e a Conversão entre Escalas Termométricas
A temperatura e o calor são conceitos essenciais na física, influenciando desde o clima até processos industriais e científicos. Embora muitas vezes usados como sinônimos, temperatura e calor são diferentes. Exploraremos a diferença entre temperatura e calor, as principais escalas termométricas e como realizar conversões entre elas.
O que é Temperatura?
A temperatura é uma medida do grau de agitação das moléculas de um corpo. Quanto maior a agitação molecular, maior a temperatura. Ela é uma grandeza escalar, ou seja, possui apenas magnitude e não direção. A temperatura é medida utilizando termômetros, que podem ser analógicos ou digitais, e são calibrados em diferentes escalas.
O que é Calor?
O calor é uma forma de energia que é transferida entre corpos ou sistemas devido a uma diferença de temperatura. O calor sempre flui do corpo com maior temperatura para o corpo com menor temperatura, até que o equilíbrio térmico seja alcançado. O calor é medido em joules (J) ou calorias (cal), sendo que 1 caloria equivale a aproximadamente 4,18 joules.
Diferença entre Temperatura e Calor
Temperatura: Mede o grau de agitação das moléculas de um corpo. É uma propriedade intensiva, ou seja, não depende da quantidade de matéria.
Calor: É a energia térmica em trânsito entre corpos com diferentes temperaturas. É uma propriedade extensiva, ou seja, depende da quantidade de matéria.
Exemplo Prático:
Se você colocar uma colher de metal e uma colher de madeira em uma panela com água quente, ambas atingirão a mesma temperatura (equilíbrio térmico). No entanto, a colher de metal transferirá calor mais rapidamente para sua mão do que a colher de madeira, devido à diferença na condutividade térmica dos materiais.
Conceitos Relacionados
Equilíbrio Térmico:
Dois corpos estão em equilíbrio térmico quando têm a mesma temperatura. Nesse estado, não há transferência de calor entre eles.
Capacidade Térmica:
É a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um corpo em 1°C. Depende da massa e do material do corpo.
Calor Específico:
É a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 grama de uma substância em 1°C. Cada material tem um calor específico diferente.
Condução Térmica:
É o processo de transferência de calor através de um material, sem o movimento do material em si. Metais são bons condutores de calor.
Convecção Térmica:
É o processo de transferência de calor através do movimento de fluidos (líquidos ou gases).
Radiação Térmica:
É a transferência de calor através de ondas eletromagnéticas, como a luz solar. Não necessita de um meio material para se propagar.
As Escalas Termométricas
Escala Celsius (°C):
Criada pelo astrônomo sueco Anders Celsius em 1742.
Baseia-se nos pontos de fusão e ebulição da água:
0°C: Ponto de fusão do gelo (água congelada).
100°C: Ponto de ebulição da água (sob pressão atmosférica padrão).
É a escala mais utilizada no mundo, especialmente em países que adotam o sistema métrico.
Escala Fahrenheit (°F):
Desenvolvida pelo físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit em 1724.
Baseia-se em uma escala onde:
32°F: Ponto de fusão do gelo.
212°F: Ponto de ebulição da água.
É amplamente utilizada nos Estados Unidos e em alguns outros países.
Escala Kelvin (K):
Proposta pelo físico britânico Lord Kelvin no século XIX.
É uma escala absoluta, onde:
0 K: Corresponde ao zero absoluto, a temperatura mais baixa possível, onde cessa todo movimento molecular.
273,15 K: Ponto de fusão do gelo.
373,15 K: Ponto de ebulição da água.
É amplamente utilizada em ciências físicas e engenharia, especialmente em estudos envolvendo gases ideais e termodinâmica.
Aplicações Práticas
A conversão entre escalas termométricas é essencial em diversas situações:
Meteorologia:
Previsões do tempo podem ser apresentadas em Celsius ou Fahrenheit, dependendo do país. Saber converter entre as escalas é útil para viajantes e profissionais da área.
Ciência e Engenharia:
Em laboratórios, a escala Kelvin é frequentemente utilizada para cálculos envolvendo gases ideais e termodinâmica.
Culinária:
Receitas podem indicar temperaturas do forno em Celsius ou Fahrenheit, dependendo da origem.
Indústria:
Processos industriais, como a fabricação de aço ou produtos químicos, exigem controle preciso de temperatura, muitas vezes utilizando diferentes escalas.
Curiosidades sobre Temperatura
Zero Absoluto:
O zero absoluto (0 K) é a temperatura mais baixa possível, onde toda a energia térmica das moléculas é removida. Essa temperatura nunca foi alcançada em laboratório, mas os cientistas já chegaram muito perto.
Temperatura do Sol:
A temperatura na superfície do Sol é de aproximadamente 5.500°C (9.932°F), enquanto no núcleo pode chegar a 15 milhões de graus Celsius.
Temperatura mais alta já registrada na Terra:
A temperatura mais alta já registrada na Terra foi de 56,7°C (134°F), no Vale da Morte, Califórnia, em 1913.
Questões:
Termometria e Conversão entre Escalas Termométricas
Texto de Apoio Geral:
A temperatura é uma grandeza física que mede o grau de agitação das moléculas de um corpo. Para medi-la, utilizamos termômetros calibrados em diferentes escalas, como Celsius (°C), Fahrenheit (°F) e Kelvin (K). A conversão entre essas escalas é essencial em diversas áreas, como meteorologia, engenharia e ciências. Abaixo, você encontrará questões contextualizadas para praticar a conversão entre escalas termométricas, além de questões teóricas e conceituais sobre termometria.
Questões Teóricas e Conceituais
Questão 1
Contexto: Em uma aula de física, o professor explicou que a temperatura é uma medida do grau de agitação das moléculas de um corpo.
Pergunta: Qual das alternativas abaixo define corretamente a temperatura?
a) Quantidade de calor contida em um corpo.
b) Medida da energia térmica total de um corpo.
c) Medida do grau de agitação das moléculas de um corpo.
d) Energia transferida entre dois corpos.
e) Capacidade de um corpo de realizar trabalho.
Questão 2
Contexto: Durante uma aula, o professor mencionou que o calor é uma forma de energia que é transferida entre corpos devido a uma diferença de temperatura.
Pergunta: Qual das alternativas abaixo define corretamente o calor?
a) Medida da temperatura de um corpo.
b) Energia térmica em trânsito entre corpos com diferentes temperaturas.
c) Grau de agitação das moléculas de um corpo.
d) Capacidade de um corpo de armazenar energia.
e) Propriedade intrínseca de um material.
Questão 3
Contexto: Em um experimento, dois corpos foram colocados em contato e, após algum tempo, atingiram a mesma temperatura.
Pergunta: Qual conceito físico explica essa situação?
a) Capacidade térmica.
b) Equilíbrio térmico.
c) Condução térmica.
d) Calor específico.
e) Radiação térmica.
Questão 4
Contexto: Em uma aula de química, o professor explicou que diferentes materiais requerem quantidades diferentes de calor para aumentar sua temperatura.
Pergunta: Qual grandeza física descreve a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 grama de uma substância em 1°C?
a) Capacidade térmica.
b) Calor específico.
c) Condutividade térmica.
d) Equilíbrio térmico.
e) Transferência de calor.
Questão 5
Contexto: Em um laboratório, um cientista mediu a temperatura de um gás utilizando um termômetro calibrado em Kelvin.
Pergunta: Qual é a principal característica da escala Kelvin?
a) É baseada nos pontos de fusão e ebulição da água.
b) É uma escala relativa, sem um ponto zero absoluto.
c) É uma escala absoluta, onde 0 K corresponde ao zero absoluto.
d) É amplamente utilizada em países que adotam o sistema imperial.
e) É utilizada apenas em medições de temperaturas muito altas.
Questão 6
Contexto: Em uma aula de física, o professor explicou que a temperatura de um corpo pode ser medida utilizando diferentes escalas termométricas.
Pergunta: Qual das escalas abaixo é baseada nos pontos de fusão e ebulição da água?
a) Fahrenheit.
b) Kelvin.
c) Celsius.
d) Rankine.
e) Réaumur.
Questão 7
Contexto: Em um experimento, um aluno observou que a temperatura de um líquido aumentou rapidamente quando aquecido.
Pergunta: Qual grandeza física descreve a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um corpo em 1°C?
a) Calor específico.
b) Capacidade térmica.
c) Condutividade térmica.
d) Transferência de calor.
e) Equilíbrio térmico.
Questão 8
Contexto: Em uma aula de física, o professor explicou que o calor pode ser transferido de três formas diferentes: condução, convecção e radiação.
Pergunta: Qual das alternativas abaixo descreve corretamente a condução térmica?
a) Transferência de calor através do movimento de fluidos.
b) Transferência de calor através de ondas eletromagnéticas.
c) Transferência de calor através de um material, sem movimento do material.
d) Transferência de calor devido a uma diferença de pressão.
e) Transferência de calor devido a uma diferença de volume.
Questão 9
Contexto: Em um laboratório, um cientista mediu a temperatura de um líquido utilizando um termômetro calibrado em Fahrenheit.
Pergunta: Qual é o ponto de fusão do gelo na escala Fahrenheit?
a) 0°F
b) 32°F
c) 100°F
d) 212°F
e) 273°F
Questão 10
Contexto: Em uma aula de física, o professor explicou que a temperatura de um corpo pode ser medida utilizando diferentes escalas termométricas.
Pergunta: Qual das escalas abaixo é uma escala absoluta?
a) Celsius.
b) Fahrenheit.
c) Kelvin.
d) Rankine.
e) Réaumur.
Questão 11
Contexto: Em uma viagem aos Estados Unidos, João viu que a temperatura local era de 68°F. Ele queria saber qual seria essa temperatura em Celsius para comparar com o clima do Brasil.
Pergunta: Qual é a temperatura em Celsius correspondente a 68°F?
a) 10°C
b) 15°C
c) 20°C
d) 25°C
e) 30°C
Questão 12
Contexto: Maria estava estudando para uma prova de física e encontrou a seguinte informação: "O zero absoluto, temperatura mais baixa possível, é 0 K."
Pergunta: Qual é o valor do zero absoluto em Celsius?
a) -273°C
b) -100°C
c) 0°C
d) 100°C
e) 273°C
Questão 13
Contexto: Um cientista mediu a temperatura de uma substância em laboratório e obteve 298 K. Ele precisa relatar essa temperatura em Celsius.
Pergunta: Qual é o valor de 298 K em Celsius?
a) 15°C
b) 25°C
c) 50°C
d) 75°C
e) 100°C
Questão 14
Contexto: Em uma receita de bolo, a temperatura do forno deve ser 180°C. Pedro, que mora nos EUA, precisa ajustar seu forno em Fahrenheit.
Pergunta: Qual é a temperatura em Fahrenheit correspondente a 180°C?
a) 300°F
b) 350°F
c) 356°F
d) 400°F
e) 450°F
Questão 15
Contexto: Durante uma aula de física, o professor mencionou que a temperatura média do corpo humano é 37°C.
Pergunta: Qual é o valor dessa temperatura em Fahrenheit?
a) 89,6°F
b) 95,0°F
c) 98,6°F
d) 100,4°F
e) 104,0°F
Questão 16
Contexto: Em um experimento científico, a temperatura de um líquido foi medida como 50°C. O pesquisador precisa registrar essa temperatura em Kelvin.
Pergunta: Qual é o valor de 50°C em Kelvin?
a) 223 K
b) 273 K
c) 323 K
d) 373 K
e) 423 K
Questão 17
Contexto: Ao assistir a um filme, Carlos ouviu que a temperatura externa era -40°F. Ele ficou curioso para saber quanto isso seria em Celsius.
Pergunta: Qual é o valor de -40°F em Celsius?
a) -40°C
b) -20°C
c) 0°C
d) 20°C
e) 40°C
Questão 18
Contexto: Em uma viagem ao Ártico, Ana mediu a temperatura ambiente e obteve -10°C. Ela quer compartilhar essa informação com um amigo que mora nos EUA.
Pergunta: Qual é o valor de -10°C em Fahrenheit?
a) 0°F
b) 10°F
c) 14°F
d) 20°F
e) 32°F
Questão 19
Contexto: Um termômetro marcou 104°F durante um dia de verão. O meteorologista precisa converter essa temperatura para Celsius.
Pergunta: Qual é o valor de 104°F em Celsius?
a) 30°C
b) 35°C
c) 40°C
d) 45°C
e) 50°C
Questão 20
Contexto: Em um laboratório, a temperatura de um gás foi medida como 500 K. O pesquisador precisa relatar essa temperatura em Celsius.
Pergunta: Qual é o valor de 500 K em Celsius?
a) 200°C
b) 227°C
c) 273°C
d) 300°C
e) 500°C