Termodinâmica.
Transformação de energia

Energia térmica I combustão.
Efeitos da termodinâmica

Entropia

Temperatura

Temperatura

Definição de temperatura: A temperatura é a magnitude termodinâmica que mostra a energia térmica de um corpo em relação ao outro.

Embora a definição de temperatura seja simples e concisa, você pode explicar qual é a temperatura de uma forma mais extensa:

Qual a temperatura?

A temperatura é uma quantidade física de matéria que quantifica as noções comuns de calor e frio. Os objetos de baixa temperatura os percebem frios, enquanto objetos de temperaturas mais altas os consideram quentes ou quentes. Essa sensação fisiológica de frio e calor é gerada quando há uma troca de energia térmica entre o corpo humano e outros corpos ou, simplesmente, o ambiente que o circunda.

Do ponto de vista físico, a temperatura de uma substância pode ser definida, segundo a teoria molecular, como a medida da energia cinética média das moléculas que a formam. Por outro lado, a temperatura pode ser definida de acordo com a mecânica estatística, como a derivada da energia em relação à entropia em volume constante.

Nesse sentido, a temperatura é uma magnitude que descreve um estado macroscópico e possui caráter exclusivamente estatístico; portanto, não faz sentido falar da temperatura de uma partícula material isolada, mas de um conjunto em que a lei de grandes números é aplicável.

Os termômetros são a ferramenta para medir a temperatura quantitativamente, que pode ser calibrada em relação a diferentes escalas de temperatura (escala Celsius, escala Kelvin ou escala Fahrenheit).

Escalas para medir a temperatura

Como a entropia, como uma quantidade que expressa o grau de desordem de um sistema termodinâmico, não tem dimensões, a definição da mecânica estatística mostra que a temperatura pode ser medida nas mesmas unidades que a energia. Tradicionalmente, no entanto, escalas de temperatura foram criadas em paralelo com as unidades de energia. O fator que permite passar de um sistema de unidades de energia para uma temperatura é chamado de constante de Boltzmann.

As três escalas mais comuns para medir a temperatura são:

Quase todo mundo usa a escala Celsius (° C) para a medição da maioria das temperaturas. A variação de temperatura entre um grau e o próximo em uma escala Celsius é a mesma variação de uma escala Kelvin. A diferença entre as escalas Celsius e Kelvin está na fixação de seu ponto nulo: na escala Celsius, o 0ºC corresponde ao ponto de congelamento da água. Essa temperatura expressa na escala kelvin corresponde a 273,15 kelvins (273,15 K). O ponto zero da escala de Kelvin, o 0 kelvin, corresponde à temperatura mínima na qual um corpo poderia, teoricamente, alcançar. Mais frio que o 0 kelvin é impossível.

Os intervalos da escala Kelvin são medidos em Kelvin, mas anteriormente eram chamados graus Kelvin.

No entanto, existem alguns países, especialmente os Estados Unidos, onde a escala de Fahrenheit ainda é usada na vida cotidiana. É uma escala de temperatura histórica em que o ponto de congelamento da água é de 32 ° F e a temperatura de ebulição da água é de 212 ° F.

Medição de temperatura no sistema de medição internacional

A unidade de medida da temperatura no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o Kelvin. O Kelvin é, portanto, a unidade usada pelos cientistas. É comum vê-lo referenciado como grau Kelvin.

Para fins práticos de medição de temperatura dentro dos campos da ciência, o Sistema Internacional de Unidades (SI) define uma escala e uma unidade para a temperatura termodinâmica baseada no ponto triplo da água. O ponto triplo é aquele em que o estado sólido, o estado líquido e o estado gasoso de uma substância coexistem em equilíbrio. É definido com uma temperatura e uma pressão de vapor. O ponto triplo da água é um segundo ponto de referência facilmente reproduzível.

Por razões históricas, o ponto triplo da água foi definido em 273,16 unidades da faixa de medição. Este intervalo é chamado kelvin (em minúsculas) representado pelo símbolo K (em maiúscula) em homenagem ao físico escocês William Thomson (Lord Kelvin) que definiu a escala pela primeira vez. Foi anteriormente chamado de grau Kelvin.

Temperatura e Termodinâmica

Temperatura e TermodinâmicaUma das principais propriedades estudadas no campo da termodinâmica é a temperatura. Na termodinâmica, as diferenças de temperatura entre diferentes regiões da matéria são especialmente importantes. Essas diferenças são aquelas que permitem o movimento do calor de uma região para outra. O calor é que é a transferência de energia térmica.

Espontaneamente, o calor flui apenas das regiões de temperatura mais alta nas regiões de menor temperatura. Como está estabelecido na segunda lei da termodinâmica na declaração de Clausius. Então, se o calor não é transferido entre dois objetos, é porque ambos os objetos têm a mesma temperatura.

De acordo com a abordagem da termodinâmica clássica, a temperatura de um objeto varia proporcionalmente à velocidade das partículas que contém. Não depende do número de partículas (da massa), mas da sua velocidade média: quanto maior a temperatura, maior a velocidade média. Portanto, a temperatura está diretamente ligada à energia cinética média das partículas que se movem em relação ao centro de massa do objeto.

A temperatura é uma variável intensiva, pois é independente da quantidade de partículas contidas no interior de um objeto, sejam elas átomos, moléculas ou elétrons. É uma propriedade que não depende da quantidade de substância ou do tipo de material.

Temperatura e energia térmica

As moléculas de todas as substâncias materiais (sólidos, líquidos e gases) estão sempre em um estado contínuo de vibração ou agitação, devido às múltiplas interações que sofrem dentro do corpo. Consequentemente a esta agitação aleatória, os átomos e moléculas da matéria possuem certa energia interna, uma vez que possuem energia cinética na forma de movimento e também energia potencial devido às forças exercidas entre as partículas.

A energia interna também é conhecida como a energia térmica dos corpos. 

Por outro lado, a temperatura é a magnitude que permite registrar o valor médio da energia térmica de um corpo.

Medição de temperatura

Para determinar a temperatura de um sistema, ele deve estar em equilíbrio termodinâmico. Pode-se considerar que a temperatura varia com a posição apenas se, para cada ponto, houver uma pequena área em torno dele que possa ser tratada como um sistema termodinâmico em equilíbrio. Na termodinâmica estatística, os graus de liberdade são falados em vez de partículas.

Dentro do campo da termodinâmica, diz-se que um sistema está em um estado de equilíbrio termodinâmico, se ele é incapaz de experimentar espontaneamente qualquer mudança de estado ou processo termodinâmico quando está sujeito a certas condições de contorno.

Equilíbrio térmico

Em uma abordagem mais fundamental, a definição empírica de temperatura é derivada das condições de equilíbrio térmico, que são expressas no princípio zero da termodinâmica.

Quando dois sistemas estão em equilíbrio térmico, eles têm a mesma temperatura. A extensão deste princípio como uma relação de equivalência entre vários sistemas basicamente justifica o uso do termômetro e estabelece os princípios de sua construção para sua medição. Embora a lei zero da termodinâmica permita a definição empírica de muitas escalas de temperatura, a segunda lei da termodinâmica seleciona uma única definição como a preferida: temperatura absoluta, conhecida como temperatura termodinâmica.

Essa função corresponde à variação da energia interna em relação a mudanças na entropia de um sistema. Seu ponto natural, intrínseco ou zero é o zero absoluto, onde a entropia de qualquer sistema é mínima. Embora esta seja a temperatura mínima absoluta descrita pelo modelo, a terceira lei da termodinâmica postula que o zero absoluto não pode ser alcançado por nenhum sistema físico.

Como a temperatura é medida?

Atualmente, existem várias maneiras de medir a temperatura. Normalmente, os diferentes sistemas dependem da aplicação ou se temperaturas muito altas ou muito baixas precisam ser medidas. No entanto, a ferramenta mais conhecida e usada é o termômetro.

As variações no estado térmico de um corpo causar alterações em algumas propriedades macroscópicas (dilatação, mudando a resistência eléctrica, criando forças electromotrizes, alterações da pressão ou volume de um gás, etc). Consequentemente, as variações dessas propriedades permitem ser utilizadas para a construção de instrumentos que detectam variações de temperatura.

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Última revisão: 9 de novembro de 2016