Qual é a relação entre a temperatura de um corpo é o movimento microscópico das partículas moléculas de que ele é feito?

Temperatura é o estado de agitação molecular dos corpos.

A forma de se identificar a temperatura de um corpo, segundo o senso comum, é a utilização das palavras quente e frio, mas, na verdade, quente é quando as moléculas estão muito agitadas, ocasionando um aumento na temperatura do corpo. Já o frio se relaciona ao estado mais estacionário das moléculas, quanto menos agitadas, mais frio fica o corpo.

Se juntarmos então dois corpos, o quente e o frio, logo teremos um equilíbrio térmico, pois quem tem excesso de calor cede para aquele que tem falta dele.

Para mostrar na prática aos alunos como funciona a agitação molecular entre os corpos você irá precisar de:

• 1 garrafa térmica com água quente
• Água fria (da geladeira)
• Cubos de gelo
• 3 bacias de plástico
• voluntários

Procedimentos Experimentais

1. Na primeira bacia você irá colocar a água quente;

2. Na segunda, irá misturar as águas quente e fria em quantidades iguais;

3. E na terceira bacia irá colocar a água fria com os cubos de gelo.

Agora peça que seu voluntário coloque uma das mãos na bacia com água quente e a outra na bacia com água fria e o gelo. A diferença entre as temperaturas logo é notada em razão do estado de agitação das moléculas da água.

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A fim de concluir o experimento, peça que o voluntário coloque as duas mãos dentro do recipiente 2, que está com as águas quente e fria misturadas. Ele irá dizer que a mão que estava na água fria se esquentou e a mão que estava na água quente se esfriou. Em seguida, ambas ficam iguais.

Você irá definir então o seu experimento junto aos alunos dizendo que aquilo é, na verdade, a sensação térmica, e que eles viram e sentiram o que significa de fato a temperatura.

Por Talita A. Anjos
Graduada em Física
Equipe Brasil Escola

No estudo dos gases ideais vemos que um gás é composto por átomos e moléculas, que se movem de acordo com as leis estabelecidas pela cinemática. Em um gás, suas partículas normalmente estão muito distantes uma das outras, tendo o vazio entre si. Vemos também que a principal característica dos gases é de praticamente só existir interação entre suas partículas quando elas colidem umas com as outras.

Com relação à Lei dos Gases Ideais, podemos dizer que ela nos mostra a relação entre pressão, volume, temperatura e número de mols. Essa relação é obtida a partir de um modelo simples para os gases, que permite determinar a relação entre grandezas macroscópicas a partir do estudo do movimento de átomos e moléculas. A teoria cinética dos gases se baseia em quatro postulados:

1 – o gás é formado por moléculas que se encontram em movimento desordenado e permanente. Cada molécula pode ter velocidade diferente das demais.

2 – cada molécula do gás interage com as outras somente por meio de colisões (forças normais de contato). A única energia das moléculas é a energia cinética.

3 – todas as colisões entre as moléculas e as paredes do recipiente que contém o gás são perfeitamente elásticas. A energia cinética total se conserva, mas a velocidade de cada molécula pode mudar.

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4 – as moléculas são infinitamente pequenas. A maior parte do volume ocupado por um gás é espaço vazio.

Partindo desses postulados, Boltzmann e Maxwell mostram que a energia cinética média do total de moléculas de um gás ideal é proporcional à temperatura conforme a expressão:

Onde k é a constante de Boltzmann e N é o número de moléculas. O valor de k pode ser calculado a partir da constante dos gases R e do número de Avogadro NA por

A expressão obtida mostra que a temperatura é proporcional à energia cinética média das moléculas de um gás ideal. Assim, vemos que a temperatura é uma média do grau de agitação das moléculas de um gás. Usando o número de mols, temos:

Por Domiciano Marques
Graduado em Física

Dilatação térmica é um fenômeno físico decorrente do aumento da temperatura de um corpo. Quando um corpo é exposto a alguma fonte de calor, sua temperatura pode sofrer variações, aumentando a agitação das moléculas, que oscilam em torno de um espaço maior.

Essa microscópica variação na vibração das moléculas pode ser percebida em escala macroscópica, como quando uma barra de ferro fica ligeiramente maior em decorrência de um aquecimento.

Tópicos deste artigo

Dilatação linear

Dilatação linear dos sólidos é o fenômeno físico que ocorre quando corpos de formato linear que se encontram no estado sólido, como fios, cabos, agulhas, barras, canos, sofrem uma variação de temperatura. Para calcular a magnitude da dilatação linear, utilizamos o coeficiente de dilatação linear do material.

Exemplos de dilatação térmica linear

• Entortamento dos trilhos de trens em decorrência da grande amplitude térmica durante os ciclos do dia e da noite. Por conta desse efeito, utiliza-se a junta de expansão, um pequeno espaço entre duas barras consecutivas.

• Os fios de cobre utilizados na transmissão de corrente elétrica nos postes são sempre maiores que a distância entre os postes. Caso não fossem, em dias frios, esses condutores sofreriam variações negativas em seu comprimento, podendo sofrer rupturas

Dilatação superficial

Dilatação superficial de sólidos é a variação da área de um corpo que se encontra no estado sólido em razão de um aumento de sua temperatura. O cálculo da dilatação superficial de um sólido depende de seu coeficiente de dilatação superficial.

Exemplos de dilatação térmica superficial

• Entre as placas de azulejo, utilizadas em pisos residencias e em calçadas, deixa-se um pequeno espaço livre, que é ocupado pelo rejunte, um material poroso capaz de absorver parte da dilatação sofrida pelas peças cerâmicas.

• É comum ver mecânicos aquecerem uma porca presa em um parafuso a fim de removê-la, pois o aquecimento provoca a dilatação da porca, facilitando sua retirada.

Dilatação volumétrica

Dilatação volumétricaé a expansão do volume de um corpo mediante o aumento de sua temperatura. A dilatação volumétrica é calculada a partir do coeficiente de dilatação volumétrica do corpo.

Exemplos de dilatação térmica volumétrica

• Parafusos utilizados na fuselagem de aviões podem ser colocados em baixíssimas temperaturas antes de serem rosqueados. Após o rosqueamento, o aumento da temperatura do parafuso dilata suas dimensões, tornando quase impossível removê-lo depois.

Coeficiente de dilatação térmica

Enquanto alguns materiais devem sofrer enormes variações de temperatura para que sua dilatação torne-se perceptível, outros precisam ter sua temperatura variada em poucos graus para que se percebam diferenças em suas dimensões.

A propriedade física que determina a facilidade ou a dificuldade de o material ter suas dimensões alteradas mediante uma variação de temperatura é chamada de coeficiente de dilatação térmica.

Veja também: Calorimetria

Cada material apresenta seu próprio coeficiente de dilatação térmica, que pode ser de três tipos distintos: coeficiente de dilatação linear, superficial e volumétrica. Para calcular a dilatação sofrida por um corpo, utilizamos somente um desses coeficientes, determinado de acordo com o formato apresentado pelo corpo.

Apesar de sofrerem dilatação superficial e volumétrica, os corpos alongados que possuem simetria linear, como cabos e fios, estão sujeitos a dilatações em seu comprimento muito superiores às dilatações em sua área ou volume.

Os coeficientes de dilatação linear, superficial e volumétrico são denotados, respectivamente, pelas letras gregas α, β, e γ, e sua unidade de medida é o ºC-1.

O efeito da dilatação térmica dos sólidos tem uma grande importância comercial e tecnológica. A construção civil, por exemplo, utiliza materiais que são frequentemente expostos a grandes e, por vezes, bruscas variações de temperatura. Nesse caso, é indispensável o conhecimento dos coeficientes de dilatação de cada material empregado na construção civil a fim de evitar o surgimento de rachaduras e de outros defeitos estruturais.

Relação entre os coeficientes de dilatação do sólidos

Corpos com diferentes simetrias feitos do mesmo material sofrem diferentes formas de dilatação. Uma barra de ferro, por exemplo, sofre dilatação linear, enquanto uma chapa desse mesmo material sofre dilatação superficial. Isso ocorre porque o coeficiente de dilatação superficial equivale ao dobro do coeficiente de dilatação linear, enquanto o coeficiente de dilatação volumétrica é três vezes maior que o coeficiente de dilatação linear. Observe:

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α – coeficiente de dilatação linear
β – coeficiente de dilatação superficial
γ – coeficiente de dilatação volumétrica

Dilatação térmica em pontes

Os efeitos da dilatação térmica são especialmente importantes em construções que não podem apresentar deformações ou rachaduras em sua estrutura, como as pontes. É por isso que, nesse tipo de construção, são utilizadas diversas juntas de expansão.

A imagem abaixo mostra a junta de expansão de uma ponte. Observe:

Fórmulas da dilatação térmica

Confira abaixo as fórmulas utilizadas para o cálculo das dilatações lineares, superficiais e volumétricas de sólidos.

Fórmula da dilatação linear

A fórmula da dilatação linear pode ser apresentada de duas maneiras: uma para calcular o tamanho final do corpo e outra para calcular a variação de comprimento sofrida durante a dilatação:

L – comprimento final
L0 – comprimento inicial
ΔT – variação de temperatura
ΔL – variação de comprimento

Fórmula da dilatação superficial

Assim como a fórmula da dilatação linear, a fórmula da dilatação superficial também pode ser escrita de duas maneiras distintas:

S – área final
S0 – área inicial
ΔT – variação de temperatura
ΔS – variação da área

Fórmula da dilatação volumétrica

Por fim, temos as expressões que nos permitem calcular o volume final de um corpo ou sua variação volumétrica:

V – volume final
V0 – volume inicial
ΔT – variação de temperatura
ΔV – variação do volume

Resumo

• Quando um sólido é aquecido, suas moléculas passam a vibrar com mais amplitude, ocupando um espaço maior. Dependendo do aquecimento e do coeficiente de dilatação do material, o efeito pode ser observado a olho nu.

• Os coeficientes de dilatação superficial e volumétrico de um mesmo material homogêneo (feito de uma única substância) são, respectivamente, o dobro e o triplo do coeficiente de dilatação linear.

• Todo corpo sofre os três tipos de dilatação simultaneamente, no entanto, um deles é mais significativo que os outros, pois é mais privilegiado pelo formato do corpo.

Exercícios sobre dilatação térmica

Uma barra de ferro de 2,0 m de comprimento cujo coeficiente de dilatação linear é α=1,2.10-5 ºC-1 encontra-se em temperatura ambiente (25ºC). Esse corpo é, então, exposto a uma fonte de calor, atingindo, ao final de seu aquecimento, uma temperatura de 100 ºC.

Determine:

a) a dilatação sofrida pela barra.

b) o comprimento final da barra.

c) os coeficientes de dilatação superficial e volumétrico do material do qual essa barra é feita.

Resolução

a) Para calcularmos a dilatação sofrida pela barra, precisamos lembrar que seu formato é linear, por isso, essa é a forma de dilatação mais importante sofrida por ela. Usando a fórmula da dilatação linear, teremos:

De acordo com o resultado acima, essa barra sofreria uma expansão de 1,8 mm em seu comprimento.

b) O comprimento final da barra pode ser facilmente encontrado, uma vez que já sabemos a dilatação sofrida por ela. Seu comprimento final será de 2,0018 m (2 metros e 1,8 milímetros)

c) Os coeficientes de dilatação superficial e volumétrica são múltiplos do coeficiente de dilatação linear. Seus valores são, respectivamente, 2,4.10-5 ºC-1e 3,6.10-5 ºC-1.

​​​Por Me. Rafael Helerbrock

Qual é a relação entre a temperatura de um corpo em movimento microscópico das partículas de que ele é feito?

Qual a relação entre temperatura é movimento velocidade das moléculas?

Como se comportam as moléculas de uma substância em função da temperatura?

Qual é a energia do movimento das partículas que compõem a matéria?