• 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.

           Conceitos básicos de temperatura e efeitos do calor.

          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.

          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.

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 -273,15^oC 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.

          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, 90^oX = 110^oY e 10^oX = -10^oY. 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.

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.

          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.

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

          O professor poderá acessar os seguintes textos:

http://www2.pelotas.ifsul.edu.br/denise/caloretemperatura/energiacaltemp.pdf

http://www.searadaciencia.ufc.br/folclore/folclore281.htm

          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 -15^oC. 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. t_F/5 = (59 – 32)/9

            t_C/5 = 27/9

               t_C = 15^oC

1. -15/5 = (t_F – 32)/9

               -3 = (t_F – 32)/9

              -3.(9) = t_F – 32

                  -27 = t_F – 32

                     t_F = 5^oF