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Escalas termométricas

 

13/09/2011

Autor e Coautor(es)
José Ângelo de Faria
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VICOSA - MG COL DE APLICACAO DA UFV - COLUNI

Daniel Rodrigues Ventura, José Higino Dias Filho, Edson Luís Nunes

Estrutura Curricular
Modalidade / Nível de Ensino Componente Curricular Tema
Educação de Jovens e Adultos - 2º ciclo Ciências Naturais Visões de mundo
Ensino Médio Física Calor, ambiente e usos de energia
Dados da Aula
O que o aluno poderá aprender com esta aula
  • Certificar da existência das principais escalas termométricas.
  • Comparar escalas termométricas e determinar a relação matemática de conversão entre elas.
  • Aplicar as expressões matemáticas que relacionam as escalas termométricas, para converter dados de uma escala de temperatura em outra.
Duração das atividades
50 minutos (uma aula)
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno

           Conceitos básicos de temperatura e efeitos do calor.

Estratégias e recursos da aula

         

         

          Sugerimos inicialmente que o professor inicie a aula apresentando para a turma, na própria sala de aulas, ou em um ambiente próprio caso exista em sua escola, um filme sobre escalas Celsius e Fahrenheit. Indicamos o filme que se encontra disponível na internet com o seguinte título e endereço.

Novo Telecurso - Ensino Médio - Física - Aula 22 (2 de 2)

http://www.youtube.com/watch?v=fKpt8KreWnI

 

          Depois de fazer apreciações sobre partes do filme que julgar relevantes, faça um breve histórico, através de textos ou oralmente, sobre as 3 principais escalas termométricas; escalas: Celsius, Fahrenheit e Kelvin.

          Em 1942 o sueco Anders Celsius teria construído um termômetro tomando como base dois pontos em que a temperatura é sempre a mesma; a temperatura em que o gelo funde sob pressão de 1,0 atm e a temperatura em que a água entra em ebulição sob essa mesma pressão, que ele determinou de 0(zero) e 100(cem) graus, respectivamente. Possivelmente Celsius teria usado o mercúrio e seguido os passos esquematizado na Figura 01, cujo objetivo é fornecer uma idéia dos passos seguidos por Celsius na construção do termômetro.

1.      Primeiro ele construiu um dispositivo formando por um reservatório, bulbo, conectado num tubo fino transparente e colocou o líquido no dispositivo, esquema A da Figura 01.

2.      Aqueceu bem o conjunto deixando transbordar parte do líquido para expulsar o ar, e em seguida, com tubo ainda cheio, vedou sua extremidade, esquema B da figura.

3.      Colocou o bulbo dentro de um recipiente contendo gelo em fusão, gelo derretendo, esperou a coluna descer até parar em certo ponto, quando o líquido entrou em equilíbrio térmico com o gelo, marcou esse ponto e denominou de ponto zero, esquema C da figura.

4.      Depois pôs o bulbo em um recipiente com água sendo aquecenda. Com a água em ebulição quando a coluna do líquido parou de subir, ou seja, entrou em equilíbrio térmico com a água em ebulição, assinalou esse ponto e denominou essa temperatura de 100 graus, esquema D, Figura 01.

5.      Finalmente, dividiu o espaço entre os dois pontos marcados em 100 partes iguais equivalentes às temperaturas a partir de 0 sucessivamente até 100 graus, esquema E na figura.

Aula14.Fig.01

          Após explicação sobre a construção do termômetro por Celsius, o professor deverá explicar para os alunos que antes de Celsius, em 1714, foi desenvolvida outro termômetro por Fahrenheit em que tomou como pontos fixos, a temperatura do gelo fundindo, este gelo era proveniente de uma mistura de sais e água, ponto zero de sua escala; o outro ponto fixo referia a temperatura do corpo humano que correspondia a 100 graus na sua escala. Inicialmente ele usou o álcool como líquido de seu aparelho e posteriormente substituiu o álcool por mercúrio. Ainda hoje esta escala é muito utilizada, sobretudo nos países de língua inglesa.

          Ao término da explicação da escala Fahrenheit, se for possível, o professor poderá mostrar para a turma um termômetro de escala Fahrenheit ou apresentar a foto de um termômetro dessa escala projetando numa tela, como a foto da Figura 02, aseguir, a fim de que o aluno perceba que também podemos defrontar com termômetros de escala Fahrenheit.

Aula14.Fig.02

http://img.alibaba.com/photo/425477002/Digital_In_Outdoor_Car_Thermometer_Temperature_Clock_fahrenheit.jpg

Acessado em 27/07/2011.

Em seguida o professor poderá repassar para a turma preferencialmente através de uma tela, as seguintes notícias:

 

“Nova Iorque registrou a maior temperatura até hoje no mês de janeiro”.

          “Os termômetros indicaram neste 6 de janeiro de 2007 a maior temperatura já registrada em Nova Iorque em um mês de janeiro. Era 1:37 da tarde quando o Serviço Meteorológico Nacional dos Estados Unidos observou 72 Fahrenheit, recorde tanto para o dia 6 como para janeiro todo desde o início dos registros meteorológicos em 1869 no Central Park.”

http://www.metsul.com/secoes/visualiza.php?cod_subsecao=55&cod_texto=477

Acesso em 27/07/2011

 

“Russos se refrescam em meio a onda de calor”

Segundo o serviço meteorológico russo, a temperatura alcançou os 42 graus em regiões do sul

http://www.band.com.br/noticias/mundo/noticia/?id=100000446407

Acessado em quarta-feira, 27/07/2011.

Atividade I

          Peça aos alunos para ler as duas notícias, individual e silenciosamente, observar os valores expressos das temperaturas em cada texto apresentado. Depois pergunte a turma para que respondam oralmente:

Em que escala se encontra a temperatura informada na segunda notícia?

Em qual das notícias a temperatura é maior?

          O objetivo dessas perguntas é gerar uma discussão para mostrar a necessidade de informar a unidade de temperatura relacionada na medida e também a necessidade de converter as unidades de temperatura para fazer comparações de leituras quando feitas em escalas diferentes.

          Deverá também comentar sobre a escala Kelvin que é de muita importância do ponto de vista teórico científico, principalmente para a Física e para a Química.

          A temperatura está relacionada à energia de movimento das moléculas de um corpo; assim, ao diminuirmos sua temperatura, suas moléculas ficam mais lentas. Podemos imaginar um estado em que todas as moléculas estão paradas, ou seja, agitação térmica nula, portanto correspondendo à temperatura zero. 

          O físico irlandês, Willian Thomson, que recebeu o título de nobreza lorde Kelvin, estabeleceu, em 1848, uma escala absoluta, hoje denominada de Escala Kelvin.

Kelvin verificou experimentalmente que a pressão de um gás diminuía 1/273 do valor inicial, quando resfriado a volume constante de 1°C. Como a pressão do gás está relacionada com o choque de suas partículas com as paredes do recipiente, quando a pressão fosse nula, as moléculas estariam em repouso, a agitação térmica seria nula.    Conclui-se, então, que isso aconteceria se a temperatura do gás atingisse -273°C.

         Kelvin atribuiu o valor zero a este estado térmico das partículas em repouso e a variação de 1 kelvin igual a variação de 1 grau Celsius. Hoje sabemos que o zero absoluto corresponde a -273,15oC e impossível de ser atingido segundo leis da termodinâmica.

           A Figura 03 ilustra a relação das três escalas mais importante, indicando o valor numérico de cada uma para o ponto de fusão de gelo à pressão de 1,0 atm e da ebulição da água, também sob pressão de 1,0 atm.

Aula14.Fig.03

          Para que os alunos entendam bem como fazer a conversão de uma escala em outra, considere a Figura 04 que ilustra duas escalas hipotéticas X e Y, e dois pares de temperaturas respectivamente correspondentes entre elas, 90oX = 110oY e 10oX = -10oY. Peça aos alunos para encontrarem uma relação entre as escalas x e y.

          Depois de uns dois minutos resolva com eles chamando a atenção para observarem que X e Y maiúsculos na parte superior do esquema correspondem a unidade da escala enquanto que x e y minúsculos são as leituras das respectivas escalas. É bom também chamar a atenção para o intervalo entre -10 e 110, ou seja, a variação correspondente é: 110 – (-10) = 110 +10 = 120. Faça as simplificações mostrando os passos detalhadamente para a turma. A resolução se encontra no quadro à direita na Figura 04.

Aula14.Fig04

Atividade II.

          Depois peça aos alunos para retornarem à Figura 03 e seguindo o mesmo raciocínio do exercício anterior, encontrar a relação entre as escalas Celsius e Fahrenheit.

          No quadro à direita na Figura 05 está indicado a resolução para chegar a relação final entre as escalas das temperaturas Celsius e fahrenheit.

Aula14.Fig.05

          Peça também que determinem a relação entre as escalas Celsius e Kelvin.

A solução está desenvolvida na Figura 06. O professor poderá utilizar a figura para que os alunos confiram suas respostas.

Aula14.Fig.06

Atividade III

          Divida os alunos em equipes para que façam uma pesquisa, sobre a existência de outras escalas termométricas, sobretudo as escalas Réaumur e Rankine, para ser entregue ao professor que depois de avaliado por ele, poderá selecionar os melhores trabalhos para uma rápida apresentação, em uma aula posterior.

         

          Além de pesquisar o assunto em bibliotecas e livros de Física, o aluno ainda poderá acessar o assunto pela internet, alguns sites estão sugeridos abaixo: não havendo tempo e material disponível para a pesquisa, o professor deverá permitir que os alunos façam a pesquisa em outro horário para ser discutido em outra aula de física.

 

Escalas termométricas

 

http://www.laboratoriodefisica.com.br/questoes/Escalas%20Termom%C3%A9tricas.pdf

 

 

Medição de temperatura

http://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:8712gHJnvXEJ:www.profibus.com.br/files/artigos/Medicao%2520de%2520Temperatura.pdf+historia+escala+r%C3%A9aumur+e+rankine&hl=pt-BR&gl=br&pid=bl&srcid=ADGEESiXXRdfUVBK4D34WM_ScDdhOtvTr2rwp2N0nnVa6B9IAIuk7FDdUKE82pZOXVaomOIZmyGvvC2X0m0SCk81Z1HHciajMTnZQT_Eu0Fonn6fhmNvW5cS7P_aUgOJCG2zsgh7JckK&sig=AHIEtbQr_HMF0ZRBsIop1E8H4PTwTZf_fA

 

 

René-Antoine Ferchault de Réaumur

 

http://www.brasilescola.com/biografia/rene-antoine-ferchault.htm

 

 

William John Macquorn Rankine

 

http://www.dec.ufcg.edu.br/biografias/WilliJoh.html

      

 

 

 

  

Recursos Complementares
Avaliação

         

          O professor poderá elaborar alguns exercícios relacionados com o conteúdo da aula para que os alunos resolvam individualmente fora do horário de suas aulas. Segue exercícios como sugestão.

 

  1. Acostumado com a temperatura indicada na escala Celsius, um turista brasileiro leva um tamanho susto, após desembarcar em um aeroporto da América do Norte e perceber que um termômetro indicava uma temperatura de 59 graus. Acalmou-se ao certificar que a temperatura ali indicada estava na escala Fahrenheit. Encontre o valor dessa temperatura na escala Celsius e compare com a sensação térmica que o turista brasileiro deveria estar sentindo.
  2. Verificou-se num momento que a temperatura de certo local era de -15oC. Qual esse valor na escala Fahrenheit?

          É de se esperar que todos resolvam o exercício, mas o professor deverá resolvê-los para que confiram.

Solução:

  1. tF/5 = (59 – 32)/9

            tC/5 = 27/9

               tC = 15oC

  1. -15/5 = (tF – 32)/9

               -3 = (tF – 32)/9

              -3.(9) = tF – 32

                  -27 = tF – 32

                     tF = 5oF

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