Muito possivelmente, vocês nunca ouviram falar nestes conceitos, mas tenho certeza de que já observaram as aplicações deles no cotidiano!
Vá até a sua cozinha e observe a sua geladeira. Viu? Já percebeu que o congelador fica na parte de cima em praticamente todos os modelos de refrigerador? Alguma vez você já parou para pensar no porquê disso? Não? Pois, então, a Física tem a explicação! O ar frio tem maior densidade. Assim, o ar do congelador desce através das correntes de convecção e ajuda a gelar os alimentos na geladeira!
E o motivo pelo qual viandas são colocadas em embalagens de isopor, você já pensou nisto? É isso mesmo que você está imaginando, a Física explica isso também!
Em resumo, estudaremos o calor e como ele pode ser trocado entre os corpos. Além disso, estudaremos as mudança de estado físico e a deformação que os materiais sofrem ao receber ou perder calor. E agora, interessado em aprender e ver como tudo isso é aplicado nas nossas vidas? Se prepara e vamos com tudo!
Termometria
O primeiro tópico que iremos estudar nesta seção é a Termometria. Estudaremos basicamente a temperatura, seu significado físico e as formas pelas quais ela pode ser medida! Preparado para aprender? Vamos lá!
Temperatura
Você pode entender intuitivamente o que é temperatura, mas precisamos entender um pouco mais sobre o significado físico deste conceito. Concorda que toda substância é composta por moléculas? O impressionante é que, por mais que não consigamos ver isso, todas essas moléculas que compõem as substâncias estão em constante agitação! E podemos fazer uma associação com algo que que vimos na apostila de Energia, lá no começo do nosso estudo da Física. Lembra que todo movimento está associado com a energia cinética? Bem, a energia gerada pela agitação dessas moléculas produz um efeito muito conhecido e que podemos sentir facilmente: a sensação de quente. Essa sensação está justamente ligada à temperatura!
Em termos bem específicos, podemos dizer que a temperatura é uma medida do grau de agitação das moléculas. Sendo um pouco mais preciso, é uma medida da energia cinética média das moléculas de um sistema.
Escalas Termométricas
Mas, espera aí, existe algum meio pelo qual podemos fazer a medida desta agitação das moléculas? Sim, existe! E tenho certeza que você conhece. A medição da temperatura de um sistema é feita através do termômetro! Mas o que é, exatamente, este termômetro? É um instrumento que associa um valor numérico a uma temperatura. Este número pode ter diferentes unidades de medição, que são chamadas de escalas termométricas.
E quais são essas escalas? A escala Celsius foi montada com base na temperatura de fusão e ebulição da água ao nível do mar. A escala Fahrenheit foi montada a partir da temperatura de fusão de uma mistura de água com amônia e da temperatura média do corpo humano. Agora vem a escala mais importante, a escala Kelvin! Ela foi montada para medir diretamente a energia das moléculas e foi escolhida de tal maneira que, quando a temperatura em Kelvin está marcando zero, é porque as moléculas têm energia zero. Esta temperatura é conhecida como zero absoluto.
Se liga na imagem abaixo, ela representa a relação da medida de temperatura em cada escala!
Comparando as escalas mostradas, podemos concluir algo extremamente importante: em graus Celsius (°C) a temperatura de 0 K (zero absoluto) corresponde a -273 °C.
Conversão de Escalas
E se estivermos interessados em converter os valores de temperatura de uma escala termométrica para outra? Existem relações que nos permitem fazer isto. Vamos estudá-las agora!
A diferença entre as escalas Celsius (C) e Kelvin (K) é simplesmente o ponto 0. Assim, podemos fazer a conversão simplesmente somando 273 ao valor da temperatura em graus Celsius.
Observando a imagem das escalas lá em cima, percebemos que, para as escalas Celsius (C) e Fahrenheit (F), a diferença entre os pontos de fusão e de ebulição da água representam a mesma variação de temperatura. Dessa forma, a conversão é feita a partir da seguinte equação:
Para a conversão da escala Kelvin para Fahrenheit, podemos simplesmente utilizar as duas equações vistas anteriormente. Delas, surge a seguinte relação:
OBSERVAÇÃO: Em Kelvin não se usa graus.