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Usou o gêlo fundente para T = 0ºC e a água em ebulição para T = 100ºC e criou a escala "Celsius" ou Centígrada. Outros como Rankie (Alemanha), Fahrenheit (Inglaterra),

Reamur (Suiça e França) usaram o ponto estável de outras substâncias para definir suas escalas.

Caratheodory usando argumentos puramente matemáticos provou a existência de uma escala absoluta de temperatura. Foi porém Thomson (Lord Kelvin) o responsável pela definição desta escala absoluta de temperatura, depois que as leis básicas da termodinâmica já haviam sido estabelecidas. Comparando-se a escala absoluta de Kelvin com a centígrada de Celsius temos:

Figura - 2. 5. Comparação entre as escalas de temperatura Kelvin e Celsius.

A invenção do termômetro está diretamente relacionada ao fenômeno da dilatação térmica dos corpos quando aquecidos.

De acordo com o teorema da eqüipartição da energia demonstrado por Ludwig

Boltzmann, a temperatura é uma medida do grau de agitação dos átomos em um material, onde para cada grau de liberdade do sistema, isto é, para coordenada espacial do sistema que contribui para a energia de vibração do sistema, este recebe uma quantidade dada por:

E = ½ KT (2. 5) Onde K é a constante de Boltzmann.

2. 5 – O Conceito de Equilíbrio Térmico

Se um corpo A está em equilíbrio térmico com um corpo B e o corpo B está por sua vez em equilíbrio térmico com um corpo C, então o corpo A está em equilíbrio térmico com o corpo C.

Figura - 2. 6. Equilíbrio térmico entre corpos A, B e C.

Este conceito é que define uma medida de temperatura usando-se um termômetro.

Pois se o corpo B for um termômetro então se conclui que os corpos A e C estão a mesma temperatura.

2. 6 – A Diferença entre Calor e Temperatura

Na secção anterior, vimos que a idéia de temperatura. A idéia de calor, porém, não é tão natural. Pois como nós sabemos dois corpos à mesma temperatura podem ter quantidades de calor diferentes que depende da massa dos corpos e da sua natureza. Vejamos o seguinte experimento.

Experiência Considere a seguinte experiência conforme mostra a

Caso 1) A = B e mA = mB mas TA TB TA TB.

Toma-se dois corpos A e B iguais, com massas iguais, mA = mB, e temperaturas diferentes, TA TB, e lança-os dentro de dois recipientes idênticos contendo a mesma quantidade de uma substância (água por exemplo) e observa-se as diferentes elevações de temperatura. Observa-se, portanto que:

Caso 2) A = B mas mA mB, TA = TB TA TB

Toma-se dois corpos A e B iguais com massas diferentes, mA mB, e temperaturas e lança-os dentro de dois recipientes idênticos contendo a mesma quantidade de uma substância (água por exemplo) e observa-se as diferentes elevações de temperatura. Observase portanto que:

Caso 3) A = B mas mA mB; TA TB TA TB.

Toma-se dois corpos A e B iguais com massas diferentes, mA mB, e temperaturas diferentes, TA TB, e lança-os dentro de dois recipientes idênticos contendo a mesma quantidade de uma substância (água por exemplo) e observa-se as diferentes elevações de temperatura.

Realizando-se esta experiência para um aumento sistemático das massas e para diferentes materiais se encontra que a variação de temperatura sofrida pela água é proporcional à massa e às temperaturas dos corpos A e B. Observa-se, portanto que:

Caso 4) A B mas mA = mB; TA = TB TA TB

Toma-se dois corpos A e B diferentes com massas iguais, mA = mB, e temperaturas iguais TA = TB, e lança-os dentro de dois recipientes idênticos, contendo a mesma quantidade de uma substância (água, por exemplo) e observa-se as diferentes elevações de temperatura.

Portanto, observa-se que o calor pode ser definido como:

Para massas proporcionais e variações de temperaturas proporcionais tem-se para uma mesma substância que:

S k

s S k k

Q Qc m T m T

Definindo-se uma constante, cS , a qual nós podemos chamar de calor específico do sistema. Portanto, concluímos que para pequenos intervalos de temperatura, temos que:

s S dQc

Esta é uma descrição prática de como se obter uma formulação empírica para o calor.

2. 7 - Trabalho Termodinâmico

Agora que sabemos relacionar o calor com a temperatura vejamos como se processa a transferência (emissão ou absorção) de calor diante de um trabalho termodinâmico, como no caso de uma dilatação térmica ou de um êmbolo em um pistão.

O trabalho W é definido como:

Nós podemos concluir, que no caso da dilatação térmica quando um corpo é aquecido além de aumentar sua temperatura, pode realizar trabalho, como por exemplo, no caso de um pistão ou de uma barra engastada sendo aquecida.

Figura - 2. 8. Trabalho mecânico realizado pela dilatação térmica de uma barra que sofre uma variação de temperatura T.

Se o trabalho aumenta a energia do sistema o trabalho é definido como sendo positivo, e se o trabalho diminue a energia do sistema o trabalho é definido como sendo negativo.

2. 8 - A Diferença entre Calor e Trabalho

A termodinâmica lida quase que completamente com as relações entre calor e trabalho. Calor e trabalho são ótimos indicadores de mudanças em sistemas físicos e/ou químicos. Sem querer excluir outras formas de transferência de energia, calor e trabalho mecânico são as duas formas de transferência de energia mais importantes em termodinâmica. O trabalho mecânico está relacionado com as variações de volume sofridas pelo sistema, assim como o calor se relaciona com as variações de temperatura. Como calor e trabalho são diferentes formas de energia, o equivalente mecânico entre eles é dado de acordo com o experimento de Joule por:

onde uma caloria é energia térmica necessária para elevar de 1.0oC (Celsius) a temperatura de uma 1.0 grama de água entre as temperatura de 25o C a 26o C.

Figura - 2. 9. Experimento de Joule o qual derrubou a teoria do calórico e obteve como resultado a equivalencia mecânico entre calor e trabalho.

2. 9 - Sistema Termodinâmico

Os sistemas nos quais serão aplicados os métodos da termodinâmica são aqueles formados pelos conteúdos de um volume geométrico de dimensões macroscópicas bem definidas. A fronteira de tal volume é a superfície matemática que o separa do mundo externo, ou mais simplesmente o “exterior” do sistema.

Figura - 2. 10. Sistema termodinâmico de interesse do tipo contínuo exibindo sua fronteira e seu ambiente exterior.

Estes sistemas podem ser discretos, contínuos ou descontínuos.

Figura - 2. 1. Sistema termodinâmico de interesse do tipo discreto exibindo sua fronteira e seu ambiente exterior.

São objetos de estudo da termodinâmica aqueles que consistem em entidades macroscópicas com extensão no espaço e no tempo, os quais são ascessíveis a processos normais de medida. Um sistema, por exemplo, pode consistir de um grande número de partículas materiais (moléculas, átomos, eletrons, etc) ou, de quantidades de campo, tais como, o campo eletromagnético. Em todos os casos eles são sistemas dinâmicos que contém um número extremamente grande de graus de liberdade. Sistemas compostos de somente um pequeno número de graus de liberdade não são objetos da termodinâmica. Portanto, a termodinâmica é uma ciência fundamentalmente estatística que utiliza a medida média de suas grandezas.

2. 10 - Sistemas Básicos de Interesse

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