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TERMOMETRIA Temperatura É uma grandeza escalar que mede o grau de agitação dos átomos e moléculas. Quanto maior a agitação dos átomos e moléculas maior será a temperatura. À energia térmica em trânsito, damos o nome de calor. O aparelho utilizado para mediar a temperatura é chamado termômetro. Escalas termométricas As principais escalas termométricas utilizadas atualmente são: Celsius (°C) - A Escala Celsius é a mais comum entre todas, foi criada em 1742 pelo astrônomo sueco Anders Celsius. Fahrenheit (°F) - Daniel Gabriel Fahrenheit, o inventor do termômetro de mercúrio, foi o inventor dessa escala por volta dos anos de 1742. Kelvin (k) - Willian Tomson, que viveu entre os anos de 1824 a 1907, 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 uma variação de -1°C na temperatura. Observem a tabela abaixo: Pessoal, é fato conhecido que a água se solidifica a 0°C e entra em ebulição a 100°C. É importante conhecer os pontos de fusão e ebulição em outras escalas, como podemos ver na tabela a temperatura de fusão é de 32°F ou 273K. Já a temperatura de ebulição é de 212°F ou 373K CONVERSÃO ENTRE ESCALAS Pessoal, é de extrema importância que vocês saibam transformar temperaturas em escalas diferentes, por exemplo, imagine que a temperatura hoje é de 40°C, quanto seria a temperatura em Fahrenheit ? Aí que entra a nossa fórmula de conversão, observe: 𝐶 5 = 𝐹 − 32 9 = 𝐾 − 273 5 Exemplo: Converta 25°C a) Para °F b) Para K Solução: a) Utilizando a fórmula: 25 5 = 𝐹 − 32 9 5 = 𝐹 − 32 9 45 = 𝐹 − 32 𝑭 = 𝟕𝟕°𝑭 b) Utilizando a fórmula: 25 5 = 𝐾 − 273 5 25 = 𝐾 − 273 𝑲 = 𝟐𝟗𝟖𝑲 VARIAÇÃO DE TEMPERATURAS Pessoal, em alguns problemas, é comum que o examinador peça para você relacionar variação de temperatura em duas escalas termométricas. Nesse caso, nossa fórmula de conversão fica um pouco diferente. ∆𝐶 5 = ∆𝐹 9 = ∆𝐾 5 Algumas observações: • Os denominadores de ambas as fórmulas são iguais. (tanto para a fórmula de conversão de temperaturas quanto para a fórmula de conversão de variação de temperaturas) • Se levarmos em conta apenas as variações em °C e em K, veremos que ∆𝐶 5 = ∆𝐾 5 → ∆𝑪 = ∆𝑲, ou seja, a variação de temperatura na escala Celsius e na escala Kelvin, são iguais. CONVERSÃO ENTRE DUAS ESCALAS QUAISQUER Nós vimos até agora as 3 principais escalas termométricas que existem, mas nada impede que um cientista venha a criar uma nova escala termométrica ou que o examinador da sua prova crie uma para dificultar sua vida na hora do concurso. Então, precisamos aprender a converter os diferentes tipos de escalas termométricas, a forma de fazer isso é através de regra de 3 simples e vou te ensinar a fazer isso em um exemplo: Exemplo: Um cientista resolve criar uma escala representada por °R. Nessa escala, a temperatura de fusão da água é de 20°R e a temperatura de ebulição é de 80°R. Uma temperatura de 50°R é equivalente em °C a: Solução: Pessoal, observem a figura abaixo A primeira figura representa um termômetro graduado em °C, a segunda representa um termômetro graduado em °R. Queremos saber o valor de 50°R em °C. Observe a marcação do 50°R feita de azul, na mesma altura no outro termômetro temos uma temperatura equivalente que queremos calcular (chamada de C). Para terminar de resolver o problema basta usar uma regra de 3 entre os “tamanhos” destacados de laranja e de vermelho, ou seja 𝐶 − 0 100 − 0 = 50 − 20 80 − 20 𝐶 100 = 30 50 Portanto, a temperatura será de C = 60°C Zero absoluto O zero absoluto é a mais baixa temperatura que pode ser alcançada em qualquer escala e equivale a 0K. Pode-se dizer que é o limite inferior de temperatura que existe no universo. Ou seja, é impossível atingir uma temperatura menor que essa. (Não existem temperaturas negativas nessa escala) Nesse estado, a vibração das moléculas que compõem o corpo é paralisada. EXERCÍCIOS 1. Converta 104°F para a) °C b) K 2) Converta 125° C em °F a)125 b)257 c)299 d)212 3. EEAR. Um piloto durante o voo comunica ao operador da torre de controle: “I have a crew member and his temperature is 104 degrees Fahrenheit (104 ºF)”. Imediatamente este operador informa a equipe de apoio que um dos tripulantes do avião apresenta uma temperatura de ______ ºC. A. 38,5 B. 39,5 C. 40,0 D. 41,0 4. EEAR. Antes de embarcar, rumo aos Estados Unidos da América, Pedro ligou para um amigo que lhe informou que a temperatura na cidade onde desembarcaria estava 59 ºF abaixo dos 35 ºC do aeroporto de São Paulo. Logo, na cidade onde Pedro deverá desembarcar, a temperatura, no momento do telefonema, é de ___ ºF. A. 15 B. 24 C. 36 D. 95 05. EEAR. Uma variação qualquer na escala Celsius tem na escala Kelvin valor numérico A. 1/273 vezes maior. B. 273 vezes menor. C. 273 vezes maior. D. igual. 06. A energia da radiação cósmica de fundo possui um equivalente em temperatura de 2,7 kelvins. Indique, entre as alternativas seguintes, qual é o valor dessa temperatura na escala Celsius: A. 275,3 ºC B. –275,3 ºC C. 270,3 ºC D. –270,3 ºC 07. O Brasil é reconhecidamente um país de contrastes. Entre eles podemos apontar a variação de temperatura das capitais brasileiras. Palmas, por exemplo, atingiu em 1 de julho de 1998 a temperatura de 13ºC e em 19 de setembro de 2013 a temperatura de 42ºC (com sensação térmica de 50ºC). Na escala kelvin, a variação da temperatura na capital do Tocantins, entre os dois registros realizados corresponde a: A. 13 K. B. 29 K. C. 42 K. D. 50 K. 08. A temperatura interna de um forno elétrico foi registrada em dois instantes consecutivos por termômetros distintos – o primeiro graduado na escala Celsius e o segundo na escala Kelvin. Os valores obtidos foram, respectivamente, iguais a 120°C e 438 K. Essa variação de temperatura expressa em Fahrenheit corresponde a A. 65°F. B. 72°F. C. 81°F. D. 94°F. 09. A variação da temperatura corporal pode ser considerada um mecanismo de aviso de que algo no corpo está com problemas. A temperatura de 36,8ºC é considerada normal para o corpo humano e após 38ºC é considerado febre. De acordo com a Física, a alternativa correta sobre temperatura é: A. A temperatura é uma grandeza física vetorial. B. A escala de temperatura chamada Kelvin não apresenta valores negativos. C. O zero absoluto aparece apenas na escala Celsius. D. Quanto maior é a agitação das moléculas de um corpo menor será sua temperatura. 10. Um cientista elaborou uma escala termométrica em que o ponto de fusão da água é 10°X e o ponto de ebulição é de 260°X. Sabendo que a temperatura de hoje é de 30°C. Calcule a temperatura em °X : 11. O álcool etílico tem a temperatura de congelamento de -39°C. Determine essa temperatura na escala Kelvin. 12. Uma escala termométrica arbitrária X atribui o valor – 20°X para a temperatura de fusão do gelo e 120°X para a temperatura de ebulição da água, sob pressão normal. A temperatura em que a escala X dá a mesma indicação que a Celsius é: A. 80 B. 70 C. 50 D. 30 E. 10 13. EEAR. Roberto, empolgado com as aulas de Física, decide construir um termômetro que trabalhe com uma escala escolhida por ele, a qual chamou de escala R. Para tanto, definiu -20°R como ponto de fusão do gelo e 80°R como temperatura de ebulição da água, sendo estes os pontos fixos desta escala. Sendo R a temperatura na escala criada por Roberto e C a temperatura na escala Celsius, e considerando que o experimento seja realizado ao nível do mar, a expressão que relaciona corretamente as duas escalas será: A. C = R – 20 B. C= R + 20 C. 𝐶 = 𝑅+20 2 D. 𝐶 = 𝑅−20 2 14. Ao ser atendido em um hospital no exterior, um bolsista de intercâmbio brasileiro é informado que está com uma temperatura de 104 ºF. Sabendo que, na escala fahrenheit, no nível do mar, a água congela em 32 ºF e ferve em 212 ºF, assinale a alternativa que apresenta a temperatura aferida A. 40 ºC B. 36 ºC C. 37 ºC D. 38 ºC E. 39 ºC 15. A falta de conscientização das pessoas vem intensificando o aquecimento global. Como consequência desse fenômeno, atividades humanas estão sendo impactadas. Em Ontário, no Canadá, por exemplo, um efeito aparentemente paradoxal desse fenômeno fez com que a temperatura despencasse para o extremo de –58ºF. Em consequência, escolas e o comércio foram fechados temporariamente. Marque a alternativa que corresponde corretamente ao valor desse extremo de temperatura nas escalas celsius e kelvin: A. –20º C E –250 K. B. –30º C E –227 K. C. –40º C E 246 K. D. –50º C E 223 K. 16. Um termômetro desconhecido x mede, em condições normais de temperatura e de pressão, a temperatura de fusão do gelo, e registra 20º x, e para a temperatura de ebulição da água registra 220º x. É correto afirmar que a temperatura de 70º x de uma substância qualquer medida por esse termômetro equivalerá a quantos graus fahrenheit? A. 77 B. 54 C. 45 D. 32 E. 23 17. Para se construir um termômetro volumétrico usando material adequado, ou seja, que siga uma proporção linear entre temperatura e volume, deve-se usar como referências as temperaturas de ebulição e de solidificação da água pura à pressão de 1 atm. Sendo assim, na temperatura de solidificação da água, o termômetro hipotético deve marcar um volume de 13 ml e na temperatura de ebulição, 93 ml. Então, qual seria a temperatura em kelvin, quando o termômetro marcar 45 ml? A. 366,15 K. B. 313,15 K. C. 286,15 K. D. 80 K. E. 40 K. 18. Em um dia típico na região centro- oeste é comum se observar uma amplitude térmica, diferença entre as temperaturas máxima e mínima de um mesmo dia, de 15ºc. O quanto equivale essa mesma amplitude térmica na escala kelvin e fahrenheit, respectivamente? A. 258K, 59ºF. B. 288K, 59ºF. C. 15K, 59ºF. D. 15K, 27ºF. E. 15K, 8.3ºF. 19. Duas escalas termométricas quaisquer, X e Y, relacionam-se conforme o diagrama seguinte. O valor de 𝜽𝒚 na escala Y que corresponde a 50° na escala X é: A. -50 B. 0 C. 50 D. 100 E. 150 20. Uma variação de 25°C na escala Kelvin equivale a: A. 15K B. 25K C. 35K D. 50K GABARITO Resposta da questão 1: 𝑎) 𝐹 − 32 9 = 𝐶 5 → 104 − 32 9 = 𝐶 5 → 𝐶 = 40°𝐶 𝑏) 𝐹 − 32 9 = 𝐾 − 273 5 → 104 − 32 9 = 𝐾 − 273 5 → 𝐶 = 313𝐾 Resposta da questão 2: [B] 𝐹 − 32 9 = 𝐶 5 → 𝐹 − 32 9 = 125 5 → 𝐹 = 257°𝐹 Resposta da questão 3: [C] 𝐹 − 32 9 = 𝐶 5 → 104 − 32 9 = 𝐶 5 → 𝐶 = 40°𝐶 Resposta da questão 4: [C] 𝐹 − 32 9 = 𝐶 5 → 𝐹 − 32 9 = 35 5 → 𝐹 = 95°𝐹 𝑇𝐶𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 = 95 − 59 = 36°𝐹 Resposta da questão 5: [D] Pessoal, a variação de temperatura, tanto na escala Celsius, quanto na escala Kelvin, são iguais. ∆𝐾 5 = ∆°𝐶 5 → ∆𝐾 = ∆°𝐶 Resposta da questão 6: [D] 𝐾 − 273 5 = 𝐶 5 → 2,7 − 273 = 𝐶 → 𝐶 − 270,5°𝐶 Resposta da questão 7: [B] ∆𝐾 = ∆°𝐶 = 42 − 13 = 29𝐾 Resposta da questão 8: [C] 𝐾 − 273 = 𝐶 → 438 − 273 = 𝐶 → 𝐶 = 165°𝐶 ∆°𝐹 9 = ∆°𝐶 5 → ∆°𝐹 9 = 165 − 120 5 → ∆°𝐹 = 81°𝐹 Resposta da questão 9: [B] Pessoal, como foi dito mais acima, não existem temperaturas inferiores ao Zero Absoluto, portanto, não existem temperaturas negativas na escala Kelvin. 𝐿𝑒𝑡𝑟𝑎 𝐵 Resposta da questão 10: 𝑥 − 10 260 − 10 = 𝐶 − 0 100 − 0 → 𝑥 − 10 250 = 30 100 → 𝑥 = 85°𝑥 Resposta da questão 11: 𝐾 − 273 = 𝐶 → 𝐾 − 273 = −39 → 𝐾 = 234𝐾 Resposta da questão 12: [C] 𝑥 − (−20) 120 − (−20) = 𝐶 − 0 100 − 0 → 𝑥 + 20 140 = 𝑥 100 → 𝑥 = 50°𝑥 Resposta da questão 13: [B] 𝑅 − (−20) 80 − (−20) = 𝐶 − 0 100 − 0 → 𝑅 + 20 100 = 𝐶 100 → 𝐶 = 𝑅 + 20 Resposta da questão 14: [A] 𝐹 − 32 9 = 𝐶 5 → 104 − 32 9 = 𝐶 5 → 𝐶 = 40°𝐶 Resposta da questão 15: [D] 𝐹 − 32 9 = 𝐶 5 → −58 − 32 9 = 𝐶 5 → 𝐶 = −50°𝐶 𝐹 − 32 9 = 𝐾 − 273 5 → −58 − 32 9 = 𝐾 − 273 5 → 𝐾 = 223°𝐶 Resposta da questão 16: [A] 𝑥 − 20 220 − 20 = 𝐹 − 32 212 − 32 → 70 − 20 200 = 𝐹 − 32 180 → 𝐹 = 77°𝐹 Resposta da questão 17: [B] 𝑉 − 13 93 − 13 = 𝐶 − 0 100 − 0 → 45 − 13 80 = 𝐶 100 → 𝐶 = 40°𝐶 Passando para Kelvin K = C + 273,15 K= 40 + 273,15=313,15K Resposta da questão 18: [D] ∆𝐾 = ∆°𝐶 = 15𝐾 ∆°𝐶 5 = ∆°𝐹 9 → 15 5 = ∆°𝐹 9 → ∆°𝐹 = 27°𝐹 Resposta da questão 19: [C] 𝜃𝑦 − 100 200 − (−100) = 50 − 0 100 − 0 → 𝜃𝑦 − 100 300 = 50 100 𝜃𝑦 = 50 Resposta da questão 20: [B] Lembre-se que a variação de temperatura na escala Celsius é igual a variação na escala Kelvin, portanto: ∆𝐾 = ∆°𝐶 = 25𝐾