Física

Artigo sobre Conversão de escalas de temperatura

As escalas Celsius e Fahrenheit são escalas de temperatura diferentes. Se a temperatura de um objeto for medida e expressa na escala Celsius, e quisermos expressá-la na escala Fahrenheit, convertemos esse valor de Celsius para Fahrenheit. Nesta seção, aprenderemos como converter uma escala de temperatura.

A uma pressão de 1 atm, a temperatura do ponto de congelamento para o termômetro Celsius é igual a 0. ^oC, enquanto o termômetro Fahrenheit = 32 ^oF. inversamente, a uma pressão de 1 atm, a temperatura de o ponto de ebulição para um termômetro com escala Celsius = 100 ^oC, enquanto um termômetro com escala Fahrenheit = 212 ^oF.

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Artigo sobre termômetros e escalas de temperatura

1. Termômetros

O instrumento projetado para medir a temperatura é o termômetro. Existem muitos tipos de termômetros, mas o princípio de funcionamento é o mesmo. Geralmente, utilizamos objetos termométricos, ou seja, materiais que se alteram com a temperatura. Se a temperatura de um objeto muda, sua forma e tamanho também mudam. A maioria dos termômetros utiliza objetos que se expandem ou se contraem com a variação de temperatura. Os termômetros mais comuns consistem em tubos de vidro contendo álcool ou mercúrio em seu interior. Quando a temperatura aumenta, o álcool ou mercúrio no recipiente se expande, aumentando o comprimento da coluna de álcool ou mercúrio. Por outro lado, quando a temperatura diminui, o comprimento da coluna de álcool ou mercúrio diminui. Na parte externa do tubo de vidro, há números que compõem a escala do termômetro. O número exibido na extremidade superior da coluna de álcool ou mercúrio indica o valor da temperatura do objeto que está sendo medida.

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Artigo sobre a Lei Zero da Termodinâmica

Até agora, observamos apenas o equilíbrio térmico experimentado por dois objetos em contato.

Para entender o conceito de equilíbrio térmico com mais profundidade, vamos analisar três objetos (digamos, os objetos A, B e C). Por exemplo, os objetos B e C não se tocam, mas o objeto A está em contato com o objeto B e o objeto A está em contato com o objeto C. Observe a imagem abaixo. Como todos os objetos em contato, exceto A e B, estão em equilíbrio térmico, então os objetos A e C também estão em equilíbrio térmico. Os objetos B e C, que não se tocam, também estão em equilíbrio térmico? Se usarmos apenas a lógica, podemos dizer que os objetos B e C também estão em equilíbrio térmico, mesmo que não estejam em contato. Os objetos A e B estão em equilíbrio térmico, o que significa que a temperatura do objeto A é igual à temperatura do objeto B.

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Artigo sobre a definição de temperatura e equilíbrio térmico

Definição de temperatura

Você já tocou em gelo? O que você sente quando suas mãos tocam o gelo? E se você tocasse em fogo? Ao tocar no gelo, suas mãos ficam frias; ao tocar no fogo, suas mãos ficam quentes. Quente, morno, fresco, frio, quais são esses estados?

O conceito de temperatura parte da percepção do calor e do frio pelo tato. Com base nessa sensação tátil, dizemos que um objeto está mais quente ou mais frio do que outro. Objetos quentes têm temperaturas mais altas, enquanto objetos frios têm temperaturas mais baixas. Quanto mais frio o objeto, menor a sua temperatura. Por outro lado, quanto mais quente o objeto, maior a sua temperatura. A medida do calor ou do frio de um objeto é chamada de temperatura. No estudo da cinética dos gases, você compreenderá mais profundamente a definição de temperatura: o que acontece com as moléculas de um objeto para que ele seja percebido como quente, morno, frio ou gelado.

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Artigo sobre os estados da matéria (com base em propriedades microscópicas)

No dia a dia, frequentemente nos deparamos com três estados físicos da matéria: sólidos (como pedras, ferro, etc.), líquidos (como água, gasolina, etc.) e gasosos (como o ar, etc.). A distinção entre esses três estados físicos se baseia na capacidade de manterem sua forma e tamanho.

Os sólidos geralmente mantêm forma e volume fixos. Os líquidos não mantêm uma forma fixa, mas se adaptam ao recipiente que os contém. Por exemplo, se colocarmos água em um copo, a forma do copo muda. Se colocarmos água em uma banheira, a forma da banheira muda. O volume do líquido geralmente permanece constante. Se um copo de água for colocado em uma banheira, a quantidade de água permanecerá a mesma. A forma da água pode mudar, mas o volume nunca varia. Lembre-se de que o volume de sólidos e líquidos pode mudar se uma força suficiente for aplicada.

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Artigo sobre a teoria atômica e a teoria cinética.

Teoria atômica

Durante milhares de anos, os antigos gregos acreditaram que toda substância pura (como ouro, ferro, etc.) era composta de átomos. Segundo eles, se uma substância pura fosse cortada em pequenos pedaços, e esses pedaços fossem cortados novamente, e assim por diante, restariam partículas tão pequenas que não poderiam ser divididas. Essas partículas minúsculas, que não podem ser divididas, são chamadas de átomos. Átomo significa "indivisível" (em grego).

Naquela época, acreditava-se que o átomo não podia mais ser dividido. Mas, posteriormente, alguns cientistas descobriram os elétrons e os núcleos atômicos (prótons e nêutrons), de modo que a suposição de que os átomos não podiam ser subdivididos estava errada. Assim, os átomos são constituídos por elétrons (com carga negativa) e núcleos atômicos. Os elétrons orbitam o núcleo. Dentro do núcleo, encontram-se os prótons (com carga positiva) e os nêutrons (neutros ou sem carga).

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Artigo sobre Mudanças de fase, Temperatura crítica e Ponto triplo

Na discussão sobre a lei dos gases ideais, foi explicado que ela descreve o comportamento de um gás real com precisão apenas quando a pressão e a densidade do gás não são muito elevadas. Se a pressão e a densidade do gás real forem suficientemente altas, a lei dos gases ideais fornece resultados imprecisos, assim como quando a temperatura do gás real se aproxima do ponto de ebulição. Isso está relacionado às interações que ocorrem entre as moléculas do gás real. A pressão de um gás é inversamente proporcional ao seu volume. Quando a pressão do gás é suficientemente alta, o volume do gás diminui. Como o volume do gás é pequeno, a distância entre as moléculas diminui. Quando a distância entre as moléculas diminui, elas se atraem. É como quando você coloca um pedaço de ferro em um ímã. Se a distância entre o ímã e o ferro for grande o suficiente, o ímã não conseguirá atrair o ferro. Mas se a distância entre o ímã e o ferro for pequena, o ferro será atraído.

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Van der Waals é o nome de um físico holandês, J.D. van der Waals (1837-1923). A equação de estado de Van der Waals é uma equação de estado para gases, similar à equação de estado de um gás ideal. A diferença reside no fato de que a equação de estado de um gás ideal não fornece resultados precisos se a pressão e a densidade do gás real forem suficientemente altas. Já a equação de estado de Van der Waals pode produzir resultados mais precisos.

A existência dessa equação tem origem em Van der Waals, que percebeu as limitações da equação de estado de um gás ideal. Waals modificou a equação de estado do gás ideal, adicionando diversos fatores que também influenciam a condição do gás real, quando a pressão e a densidade do gás real são elevadas.

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O processo de evaporação pode ser explicado pela teoria cinética. Assim como as moléculas de gás, as moléculas de água também se movem. A diferença é que as moléculas de água não podem ser dispersas, pois a atração entre elas as mantém unidas. Em contrapartida, a atração entre as moléculas de gás é frágil, impedindo a fusão das moléculas. Ao se moverem, as moléculas de água possuem velocidade. Existem moléculas de água com alta velocidade e outras com baixa velocidade. A distribuição da velocidade das moléculas de água assemelha-se à distribuição de Maxwell.

A evaporação ocorre quando a velocidade das moléculas de água é suficientemente alta para que a atração entre elas não consiga mais mantê-las unidas. De forma semelhante aos foguetes espaciais, a velocidade de um foguete é tão grande que a força gravitacional da Terra não consegue impedi-lo de voar. Observe que apenas as moléculas com altas velocidades conseguem escapar da atração entre si. As moléculas com baixas velocidades permanecem unidas, como as moléculas de água.

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A ebulição é o processo de transformação de um líquido em gás. Ela ocorre quando a pressão de vapor saturado se iguala à pressão atmosférica (pressão do ar = pressão atmosférica). Neste caso, discutiremos apenas a ebulição da água. A pressão de vapor saturado da água é diretamente proporcional à sua temperatura; quanto maior a temperatura da água, maior a pressão de vapor saturado. Ao aquecermos a água, pequenas bolhas geralmente se formam no fundo do recipiente. A presença dessas bolhas indica a transformação do líquido em gás. Se a pressão de vapor saturado dentro da bolha for menor que a pressão atmosférica externa, a bolha irá encolher e se desintegrar antes de chegar à superfície. As bolhas se rompem porque a força de empuxo do ar externo é maior que a força de empuxo do vapor dentro da bolha. A pressão do ar externo é maior que a pressão de vapor dentro da bolha, de modo que o ar externo exerce uma força mais significativa (P = F / A).

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