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Temperatura – teoria –

A temperatura pode ser definida como o grau de calor ou frio de um corpo ou ambiente. É um conceito relacionado com o fluxo de calor de um objecto ou região do espaço para outro. É uma medida da energia média das moléculas de um corpo.

A temperatura é normalmente indicada pela letra T.

No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de temperatura é o Grau Kelvin, indicado pelo símbolo K.

Até há cerca de 260 anos atrás a medição da temperatura era muito subjectiva. Para metais quentes a cor do seu brilho era um bom indicador. Para temperaturas intermédias, o impacto em vários materiais podia ser determinado.

Um termómetro é um dispositivo utilizado para medir a temperatura. Foi Galileu que inventou o primeiro termómetro de se conhece documentação, cerca de 1592.

Tratava-se de um termómetro de ar formado por uma ampola de vidro com um tubo longo ligado. O tubo era mergulhado num líquido frio e a ampola era aquecida, o que causava a expansão do ar dentro dela. À medida que o ar se ia expandindo, parte dele saía. Quando o calor era retirado, o ar que tinha ficado na ampola contraía-se o que originava que o nível do líquido subia no tubo e indicava assim uma mudança de temperatura. Este tipo de termómetro é sensível, mas é afectado por alterações do valor da pressão atmosférica.

Ferdinand II, Grão-Duque da Toscânia é tido como o inventor do primeiro termómetro, em 1641. O seu termómetro utilizava álcool selado num tubo de vidro, que era marcado com uma escala contendo 50 unidades. O valor zero não era atribuído.

Em 1714, Daniel Gabriel Fahrenheit inventou os termómetros de mercúrio e de álcool.
O termómetro de mercúrio de Fahrenheit era formado por um tubo capilar, que depois de cheio com mercúrio, é aquecido, expandindo-se assim o mercúrio e expelindo o ar do tubo. O tubo é então selado, deixando o mercúrio livre para se expandir e contrair com as mudanças de temperatura. Apesar deste termómetro de mercúrio não ser tão sensível como o termómetro de ar, como era selado ele não era afectado pela pressão atmosférica. O mercúrio congela a -39º Celsius e, por isso, não pode ser utilizado para medir temperaturas inferiores a esse valor. O álcool, por seu lado, congela apenas a -113º Celsius, permitindo assim medir temperaturas muito mais baixas.

Mais tarde Fahrenheit subdividiu essa gama de valores em 96 pontos, dando ao seu termómetro uma maior resolução e uma escala de temperatura muito próxima da escala de Fahrenheit actual.

Mais tarde, no século 18, Anders Celsius percebeu que seria vantajoso usar refrências de calibração mais comuns e dividir a escala em 100 pontos em vez de 96. Ele decidiu utilizar cem graus como ponto de congelamento e zero graus como ponto de ebulição da água. Mais tarde a escala foi invertida e assim nascia a escala de Celsius.

A escala de Celsius é também chamada de escala centígrada, porque está dividida em 100 graus.

Por volta de 1787, o físico e químico Francês, J.A.C. Charles fez uma descoberta interessante: a 0º C, o volume de um gás a pressão constante cai 1/273 por cada descida de 1 grau Celsius na temperatura. Isso pareceria sugerir que o gás simplesmente desapareceria se arrefecido até -273ºC, o que não fazia sentido. Em todo o caso, o gás certamente tornar-se-ia primeiro líquido e depois sólido antes de atingir aquela temperatura.

Lord Kelvin, em 1848, descobriu a solução para a Teoria de Charles. Ele apontou que a sugestão que era a energia molecular translaccional e não o volume que se tornaria zero a -273º C. Ele “decretou” então o que se tornaria conhecida como a escala de Kelvin.

A escala de Kelvin é baseada não no ponto de congelamento da água mas no zero absoluto, a temperatura à qual o movimento molecular pára. Esse valor é -273.15ºC (-459.67ºF).

Junho 12, 2011   Não há comentários

Torque – Teoria (máquinas eléctricas 13/…)

TORQUE

Torque: Dependência do distância, força e ângulo

Sabemos da Física que as forças originam acelerações. Para fazer alguma coisa rodar, aplicamos um torque. Vamos defini-lo primeiro, e depois explicar por que é que esta definição é lógica. Finalmente veremos a analogia completa com as Leis de Newton do movimento linear.

O torque τ é definido como

τ = r X F

Onde a força F actua como um ponto distanciado de r do eixo. A magnitude do torque é dada por:

τ = r F sin θ

onde θ é o ângulo entre r e F (pode ser necessário recordar o produto vectorial).
Vamos discutir primeiro a magnitude e depois a direcção.
As fotos abaixo mostra três formas de usar uma chave inglesa. No primeiro par, comparamos um pequeno valor de r (pequeno torque) com um grande valor de r e grande torque. Na segunda, comparamos o ângulo θ = 0 e θ = 90º. No primeiro caso, o torque é zero. Da experiência, sabemos que precisamos de um r grande e um θ = 90º, além de uma força grande, para obter o máximo torque.


O conjunto superior de diagramas à direita mostra a dependência do torque do ângulo θ. O torque máximo ocorre quando a componente de F no ângulo adequado em relação ao r é máximo, isto é, quando θ = 90º. A figura central mostra a componente tangencial de F, que é F sem θ.

A equação

τ = r F sin θ

pode ser interpretado de duas diferentes formas, como mostrado nos diagramas:

τ = r (F sin θ) ou τ = F (r sin θ).

Podemos pensar nela como r vezes a componente tangencial de F (diagrama à esquerda e equação) ou como F vezes a menor distância (r sem θ) entre o eixo e a linha ao longo da qual F actua (diagrama da direita e equação).


O Torque é Um Vector

A definição τ = r X F dá a direcção de τ . Ela é na direcção dos ângulos da direita a ambos r e F está no sentido da mão direita: se puser o seu polegar direito na direcção de r e o seu apontador na direcção de F, o seu dedo médio direito apontará na direcção de τ. A segunda fotografia mostra o torque τ produzido pela tensão na corda perto do eixo da roldana.

Dezembro 23, 2010   3 Comentários

Protegido: CFQ: O planeta Terra no espaço – Ficha de Trabalho

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Novembro 16, 2010   Introduza a sua senha para ver os comentários.