Posts Tagged ‘kelvin’

Medindo Temperatura – o kelvin

7 de outubro de 2019

Temperatura é uma grandeza que nos é bem familiar, e a nossa capacidade natural de perceber calor e frio é o nosso padrão de referência. Medir temperatura, entretanto, é um pouco mais complicado. Estamos habituados a medir temperatura em grau Celsius, unidade “em uso com o SI”. Porém, neste post, vamos tratar da unidade de base do SI para temperatura termodinâmica, o kelvin.

O kelvin, símbolo K, é definido tomando-se o valor numérico fixo da constante de Boltzmann k como sendo 1,380 649 x 10-23 quando expresso na unidade J K-1, a qual é igual a kg m2 s-2 K-1 onde o kilograma, o metro e o segundo são definidos em termos de h (constante de Plank), c (constante da velocidade da luz) e ∆νCs(valor da frequência do césio). (Unidade de Base ratificada pela 26ª CGPM – 2018).

Por esta definição  k = 1,380 649 × 10−23 kg m2 s − 2 K − 1 exatamente. A inversão dessa relação fornece uma expressão exata para o kelvin em termos das constantes definidoras k (constante de Boltzmann), h (constante de Planck), ΔνCs (variação do césio):

1 K = (1,380649/k) x 10-23 kg m2 s-2

A temperatura é proporcional à energia cinética média das moléculas de um sistema, de modo que quanto mais “agitadas” estão as moléculas, maior a sua energia térmica, e a constante de Boltzmann relaciona a energia (em joule) com a temperatura (em kelvin). Já vimos essa estratégia antes. Ao se atribuir um valor exato e fixo à constante, o referencial físico antes considerado deixa de ser exato e passa a ser definido experimentalmente. No caso, esse referencial é o ponto triplo da água, isso porque a definição anterior de kelvin havia fixado a temperatura do ponto triplo da água como, exatamente, 273,16 K.

Por conta disso pode-se expressar a temperatura termodinâmica em termos da sua diferença em relação ao ponto de fusão do gelo (273,15 K à pressão de 101,325 kPa). Essa diferença é chamada temperatura Celsius. Como a unidade grau Celsius (símbolo °C ) tem, por definição, magnitude igual à unidade kelvin, a conversão entre elas é imediata. Basta subtrair o valor numérico de 273,15 da temperatura expressa em kelvin para obter o equivalente em grau Celsius.

 

Medições fabulosas: O Vulcão e a Geleira.

28 de julho de 2016
vulcaoegeleira

A imagem acima (e também o texto) foi inspirada nas magníficas paisagens da Islândia.

Era uma vez, em uma distante ilha do Mar da Noruega, um vulcão que começava a se formar. Com um longo rugido entrecortado por soluços, a fenda que lhe dera origem expulsou cinzas e fumaça espessa aos borbotões, seguidas por um derrame de lava pastosa que abriu caminho lentamente pelo gelo. Esse foi o primeiro contato do novo vulcão com a geleira que o envolvia. Sim, lá estava ela, um gigantesco glaciar compacto e ancestral, que há milênios ocupava o sul da ilha.
Passaram-se alguns anos de mútua indiferença. Nem a geleira, nem o vulcão tomaram conhecimento um do outro. Finalmente, após um período particularmente ruidoso em que o vulcão erguera o seu cone acima das elevações mais próximas, a geleira condescendeu em notá-lo.
– Você acordou? – Perguntou a geleira – Em tom quase afetuoso.
– Acordei você? – Devolveu a pergunta o jovem e impetuoso vulcão .
– Eu nunca durmo – respondeu a geleira. Embora não pareça, estou sempre em movimento. Isso de dormir é com os vulcões. Vocês dormem muito…
– Pois eu acabei de surgir das entranhas da mãe Terra, e tenho energia e calor de sobra para permanecer acordado e até para transformar você num lago fumegante.
– Calor? – Riu a geleira – Não conheço essa palavra.
– Mas deveria! O gelo frágil de que você é feita não resiste a meros dois ou três graus acima de zero. Você não teme o imenso calor do magma?
– Você está enganado, meu amigo! Começo a derreter quando a temperatura ultrapassa 273,15 K.
– Não sei nada de 273,15 K. Que diabo de temperatura é essa?
– Temperatura termodinâmica. Kelvin, meu caro, falo da escala kelvin!
– Quer dizer que 273,15 graus kelvin correspondem a zero graus Celsius?
– Não se fala em graus kelvin! A escala kelvin é absoluta, seu ponto zero é o zero absoluto, a menor temperatura que um corpo pode atingir no universo, portanto não é dada em graus. O grau é usado apenas para escalas comparativas como o Celsius, ou no arcaico e ultrapassado Fahrenheit.
– Mas 273 K equivalem ou não a zero graus Celsius?
– Sim, equivalem. E a conversão de grau Celsius para a escala kelvin é muito fácil, basta somar 273,15. Se você quiser pode arredondar para 273. Mas não me pergunte a equivalência entre eles e o tosco Fahrenheit. Recuso-me a responder.
– Que seja! De qualquer modo o seu gelo irá sublimar quando eu lançar sobre ele toneladas de lava ardente a mais 1.000 °C ou, como você prefere, a mais de 1.273 K. Posso transformar você num prato de sopa…
– Ora, ora! Mas que sujeito enfezado! – Zombou a geleira. – Você fala de maneira tão absoluta que deveria adotar o kelvin em lugar do Celsius. Você precisa aprender a comparar e a relativizar as coisas!
– Relativizar? – Perguntou o vulcão, um tanto embaraçado.
– Sim! Veja bem: Você acabou de nascer, enquanto eu tenho quase três mil anos. Você atingiu há pouco os duzentos metros de altura, enquanto minha camada de gelo pode chegar a mil metros de espessura. Enfim, você derreteu à sua volta uma área cujo raio terá uns dez quilômetros, mas eu me estendo por mais de oito mil quilômetros quadrados… E para o seu governo, você não é o único vulcão por aqui. Há outros, bem mais antigos e mais sábios, e nenhum deles achou que poderia me derreter.
– Bem, bem – Gaguejou o vulcão – Eu não sabia de nada disso… Eu só estava brincando…
– Não se preocupe – Contemporizou a Geleira – Perdoo a sua juventude. Voltaremos a conversar quando você for mais velho, digamos, daqui a uns cem anos… Se você estiver acordado.
– Cem anos? Combinado! Voltamos a conversar daqui a cem anos se eu estiver acordado, e se o efeito estufa não tiver reduzido você a um pote de sorvete…

Moral da história: A geleira pode ter razão, mas a última palavra, parece, é mesmo do vulcão…

As 7 unidades de base do SI (atualizadas conforme a 26ª CGPM)

2 de fevereiro de 2010

Sistema Internacional de Unidades – SI dá conta de uma grande variedade grandezas físicas, que são as propriedades mensuráveis dos corpos. Apresentamos aqui as 7 (sete) unidades de base do SI, usadas para definir as outras unidades. Para ver o sistema completo com todas as unidades, múltiplos e submúltiplos, e as regras para grafia dos símbolos, clique aqui.

Algumas das definições a seguir não são muito fáceis de compreender, sobretudo para quem não é do ramo das ciências exatas. Por isso, cada uma delas tem um link para uma explicação mais detalhada e em linguagem mais acessível (pelo menos assim esperamos…).

O metro, unidade de medir comprimento.  O metro é o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo, durante um intervalo de tempo de 1/299 792 458 de segundo. (Unidade de Base ratificada pela 17ª CGPM – 1983) A partir dele são definidos os conceitos para área, volume, velocidade etc. Símbolo: m

Para uma explicação mais detalhada, clique aqui.

O quilograma ou kilograma (*), unidade de medir massa, é definido tomando-se o valor numérico fixo da constante de Plank h como sendo 6,626 070 15 x 10-34 quando expresso na unidade J s (joule segundo), a qual é igual a kg m2 s-1 quando o metro e o segundo são definidos em termos de c (constante da velocidade da luz) e ∆νCs (valor da frequência do césio). (Unidade de Base ratificada pela 26ª CGPM – 2018). Símbolo: kg

Para uma explicação mais detalhada, clique aqui.

 O segundo, unidade de medir tempo, é a duração de  9 192 631 770 períodos da radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio 133. (Unidade de Base ratificada pela 13ª CGPM – 1967.). A partir dessa definição foram obtidas outras unidades, como a velocidade, a aceleração e, mesmo, o próprio metro. Símbolo: s

Para uma explicação mais detalhada, clique aqui.

O kelvin (*), unidade de medir temperatura termodinâmica, é definido tomando-se o valor numérico fixo da constante de Bolstzmann k como sendo 1,380 649 x 10-23 quando expresso na unidade J K-1, a qual é igual a kg m2 s-2 K-1 onde o kilograma, o metro e o segundo são definidos em termos de h (constante de Plank), c (constante da velocidade da luz) e ∆νCs (valor da frequência do césio). (Unidade de Base ratificada pela 26ª CGPM – 2018). Símbolo: K

Para uma explicação mais detalhada, clique aqui.

A candela é a unidade para medir intensidade luminosa. É a Intensidade luminosa, numa direção dada, de uma fonte que emite uma radiação monocromática de freqüência 540 x 1012 hertz e cuja intensidade energética naquela direção é 1/683 watt por esterradiano. (Unidade de Base ratificada pela 16ª CGPM – 1979). Símbolo: cd

Para uma explicação mais detalhada, clique aqui.

O mol (*) é a unidade de medir quantidade de matéria. Um mol contém exatamente 6,022 140 76 x 1023 entidades elementares. Este número é o valor numérico fixo da constante de Avogadro, NA, quando expresso na unidade mol-1, chamada de número de Avogadro. (Unidade de Base ratificada pela 26ª CGPM – 2018). Símbolo: mol

A grandeza “quantidade de matéria” de um sistema é a medida de um número especificado de entidades elementares, que pode ser um átomo, uma molécula, um íon, um elétron ou qualquer outra partícula ou grupo especificado de partículas.

Para uma explicação mais detalhada, clique aqui.

O ampere (*) é a unidade de medir corrente elétrica. É definido tomando-se o valor numérico fixo da carga elementar e como sendo 1,602 176 634 x 10-19 quando expressa unidade C (coulomb, unidade de carga elétrica), a qual é igual  a A s, onde o segundo é definido em termos de ∆νCs (valor da frequência do césio). (Unidade de Base ratificada pela 26ª CGPM – 2018). Símbolo: A

Para uma explicação mais detalhada, clique aqui.

*Importante: No dia 20 de maio de 2019 entraram em vigor as novas definições do  quilograma, do ampere, do kelvin e do mol. A decisão foi tomada na 26ª Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM) em 16 de novembro de 2018.