sabemos agora que um aumento da temperatura corresponde a um aumento da energia cinética média dos átomos e moléculas. Um resultado desse movimento aumentado é que a distância média entre átomos e moléculas aumenta à medida que a temperatura aumenta. Este fenômeno, conhecido como expansão térmica, é a base para a medição de temperatura por Termômetro líquido.
termômetros de líquido Comum usar a expansão térmica do álcool confinado dentro de um vidro ou tubo plástico para medir a temperatura. Devido à expansão térmica, o volume de álcool muda com a temperatura. O termômetro deve ser calibrado marcando os vários níveis de fluido quando o termômetro é colocado em um ambiente com uma temperatura conhecida, como a água fervendo ao nível do mar.exercício de reforço exercício de reforço exercício de reforço exercício de reforço exercício de reforço exercício de reforço de cintas bimetálicas diferentes materiais irão expandir-se termicamente (ou contrair) por diferentes quantidades quando aquecidos (ou arrefecidos). Tiras bimetálicas dependem deste fenômeno para medir a temperatura. Quando dois materiais diferentes são presos juntos, a estrutura resultante vai dobrar à medida que as mudanças de temperatura devido à diferente expansão térmica experimentada por cada material.
Dilatação Térmica Linear
Para a maioria dos materiais comuns a variação no comprimento (
), causada por uma mudança na temperatura (
) é proporcional ao comprimento original (
) e pode ser modelado utilizando o coeficiente de expansão térmica linear (
) e a seguinte equação:
a tabela A seguir fornece os coeficientes de expansão térmica linear para diferentes materiais sólidos. Mais expansivo (ha!) as tabelas podem ser encontradas online.
| Material | Coefficient of Linear Expansion (1/°C) |
|---|---|
| Solids | |
| Aluminum | 25 × 10−6 |
| Brass | 19 × 10−6 |
| Copper | 17 × 10−6 |
| Gold | 14 × 10−6 |
| Iron or steel | 12 × 10−6 |
| Invar (nickel-iron alloy) | 0.9 × 10−6 |
| Lead | 29 × 10−6 |
| Silver | 18 × 10−6 |
| Glass (ordinary) | 9 × 10−6 |
| Glass (Pyrex®) | 3 × 10−6 |
| Quartz | 0.4 × 10-6 |
| Betão, tijolo | ~12 × 10-6 |
| Mármore (média) | 2.5 × 10-6 |
Exemplo Cotidiano
O principal espaço de San Francisco, a Ponte Golden Gate é 1275 m de comprimento em temperatura mais baixa. A ponte está exposta a temperaturas que variam de -15 °C a 40 °C. Qual é a sua mudança de comprimento entre estas temperaturas? Suponha que a ponte é inteiramente de aço.
podemos usar a equação de dilatação térmica linear:
Substituir todos os valores conhecidos para a equação, incluindo o linear, coeficiente de dilatação térmica do aço e a inicial e a temperatura final:
apesar de não ser grande em comparação com o comprimento da ponte, a mudança de comprimento de quase um metro é observável e importante. A expansão térmica pode fazer com que Pontes se fivelem se não for para a incorporação de aberturas, conhecidas como juntas de expansão, no projeto.
exercícios de reforço
unidades de temperatura
Termómetros medem a temperatura de acordo com escalas de medição bem definidas. As três escalas de temperatura mais comuns são Fahrenheit, Celsius e Kelvin. Na escala Celsius, o ponto de congelação da água é 0 °C e o ponto de ebulição é 100 °C. A unidade de temperatura nesta escala é o grau Celsius (°C). A escala Fahrenheit (°F) tem o ponto de congelamento da água a 32 °F e o ponto de ebulição 212 °F. Você pode ver que 100 graus Celsius abrangem o mesmo intervalo de 180 graus Fahrenheit. Assim, uma diferença de temperatura de um grau na escala Celsius é 1,8 vezes maior que uma diferença de um grau na escala Fahrenheit, como ilustrado pelas duas escalas superiores no diagrama seguinte.
A Escala Kelvin
A definição da temperatura em termos de movimento molecular sugere que deve haver uma menor temperatura possível, onde a média de microscópicas energia cinética das moléculas é zero (ou o mínimo permitido pela natureza quântica das partículas). Os experimentos confirmam a existência de tal temperatura, chamada zero absoluto. Uma escala de temperatura absoluta é aquela cujo ponto zero corresponde ao zero absoluto. Tais escalas são convenientes na ciência porque várias quantidades físicas, como a pressão em um gás, estão diretamente relacionadas à temperatura absoluta. Além disso, as escalas absolutas nos permitem usar rácios de temperatura, que as escalas relativas não fazem. Por exemplo, 200 K é o dobro da temperatura de 100 K, mas 200 °C não é o dobro da temperatura de 100 °C.
A escala de Kelvin é a escala de temperatura absoluta que é comumente usada na ciência. A unidade de temperatura do SI é o Kelvin, que é abreviado K (mas não acompanhado por um sinal de grau). Assim, 0 K é zero absoluto, O que corresponde a -273.15 °C. O tamanho das unidades Celsius e Kelvin são definidos como sendo o mesmo para que as diferenças de temperatura (
) tenham o mesmo valor em ambos Kelvins e graus Celsius. Como resultado, os pontos de congelação e ebulição da água na escala Kelvin são 273,15 K e 373,15 K, respectivamente, como ilustrado no diagrama anterior.
pode converter entre as várias escalas de temperatura usando equações ou vários programas de conversação, incluindo alguns acessíveis online.exercício de reforço
Medição da temperatura
para além da expansão térmica, podem ser utilizadas outras propriedades físicas dependentes da temperatura para medir a temperatura. Tais propriedades incluem resistência elétrica e propriedades ópticas, tais como reflexão, emissão e absorção de várias cores. A medição da temperatura baseada na luz irá surgir novamente no próximo capítulo.
- termómetro clínico de Menchi via Wikimedia Commons Physics
- OpenStax University Physics, University Physics. OpenStax CNX. 10 de maio de 2018 http://cnx.org/contents/[email protected]. ↵
- Michiel1972 , via Wikimedia Commons ↵
- “Web-based hipotermia informação: uma avaliação crítica dos recursos da Internet e uma comparação com a literatura revisada por pares”, pelo Dr. Eric Christian, Cosmicopia, da NASA, está em Domínio Público ↵
- conteúdo Significativo neste capítulo foi adaptado a partir de OpenStax Universidade Phyiscs que você pode fazer o download gratuito em: http://cnx.org/contents/[email protected]. uma medida da energia cinética média das partículas (e.g., átomos e moléculas) em um objeto, que determina como relativamente quente ou frio de um objeto se sente
a energia que um corpo possui em virtude de estar em movimento, a energia armazenada por um objeto em movimento
O aumento no volume de som de um objeto resultante de uma alteração na temperatura.
um dispositivo que mede a temperatura
definir os valores de um instrumento de leituras por comparação a um padrão
Material de propriedade que relaciona a variação relativa no comprimento experimentado por um objeto devido a uma unidade de variação de temperatura.a escala de temperatura relativa mais comum
SI unidade de temperatura
um limite inferior de temperatura correspondente à energia cinética média mínima possível dos átomos e moléculas.
um sistema de unidades físicas ( unidades SI ) baseado no metro, quilograma, segundo, ampère, kelvin candela, e mole