Contextualização

Conhecendo a temperatura, temos a possibilidade de controlar e desenvolver inúmeros processos em nosso cotidiano, desde a simples ação de refrigerar nossos alimentos até a elaboração de complexas reações químicas industriais. Mas, você já parou para pensar como medimos a temperatura? Em nossa realidade, utilizamos termômetros e estes instrumentos se valem das propriedades de certas substâncias que mudam com a variação de temperatura.

Introdução

O estudo das escalas termométricas é fundamental na compreensão das trocas de calor e dos processos termodinâmicos. Na física, essas escalas são três: a Celsius, a Fahrenheit e a Kelvin. Cada uma delas tem sua origem, seu uso e sua relevância, seja no cotidiano, seja no meio científico. A escala Celsius é amplamente utilizada em quase todo o mundo para as atividades do dia a dia e no sistema métrico. Já a escala Fahrenheit é utilizada em poucos países, principalmente os de língua inglesa, para fins cotidianos.

A escala Kelvin, por sua vez, é utilizada no meio científico, pois é a escala absoluta, ou seja, é impossível existir uma temperatura menor que 0 Kelvin (zero absoluto). Ela é importante no desenvolvimento de estudos relacionados à Terceira Lei da Termodinâmica. Compreender essas escalas e suas relações é fundamental para a realização de cálculos e análises termodinâmicas mais complexas.

Relevância

Mudar de escala de temperatura é uma ação simples, mas fundamental na vida cotidiana e na prática científica e industrial. Por exemplo, ao cozinhar usando uma receita estrangeira, você pode ter que converter temperaturas de Fahrenheit para Celsius. Em um contexto científico, experimentos que lidam com temperaturas extremamente baixas, como no estudo da supercondutividade, geralmente usam a escala Kelvin.

A familiaridade com essas escalas e a habilidade de converter entre elas são habilidades importantes para qualquer pessoa, não apenas cientistas. Além disso, a compreensão das escalas termométricas e suas conversões nos permite entender melhor o mundo ao nosso redor.

Materiais de referência

Para aprofundar o seu conhecimento sobre o tema, recomendo as seguintes fontes:

• Livro "Fundamentos de Física" de David Halliday & Robert Resnick, volume 2, capítulo 18 - Apresenta de maneira completa a teoria das escalas termométricas.
• O site Brasil Escola possui uma seção dedicada ao ensino de Física, incluindo tópicos sobre termodinâmica e escalas termométricas. Acesse aqui: Brasil Escola - Escalas Termométricas
• Vídeos no Youtube podem ser uma ótima maneira de aprender visualmente. Recomendo o canal "Ciência Todos os Dias", que possui um vídeo explicando escalas termométricas e suas conversões. Veja: Ciência Todos os Dias - Escalas Termométricas

Atividade Prática: "Explorando as Escalas Termométricas"

Objetivo do Projeto

O objetivo desse projeto é construir um termômetro caseiro e utilizar essa ferramenta para compreender as diferentes escalas termométricas. Em grupos de 3 a 5, os alunos irão medir temperaturas em diferentes ambientes e depois irão converter estas medidas entre as três principais escalas (Celsius, Fahrenheit e Kelvin) e para uma escala não tradicional escolhida pelo grupo.

Descrição do Projeto

Nessa atividade, os grupos irão criar um termômetro caseiro utilizando materiais comuns, como garrafas de plástico, álcool, canudo, entre outros. Com o termômetro construído, os alunos irão criar um experimento para medir a temperatura de diferentes ambientes, como um quarto refrigerado e uma sala ao sol, por exemplo.

Após a coleta dos dados, os alunos irão se aprofundar no estudo das escalas termométricas, convertendo as temperaturas medidas para as escalas Fahrenheit, Kelvin e uma outra escala escolhida pelo grupo. Com base nessas conversões, os alunos realizarão uma análise comparativa entre as escalas e a importância de cada uma delas em diferentes contextos.

Materiais Necessários

• 1 garrafa plástica (transparente e com tampa);
• Canudo de plástico;
• Fita adesiva;
• Álcool (etílico ou isopropílico);
• Corante alimentar;
• Argila ou massa de modelar;
• Termômetro convencional (para calibrar o termômetro caseiro);
• Caderno para anotações e cálculos.

Passo a Passo da Atividade

1. Construção do Termômetro Caseiro: Primeiramente, o álcool deverá ser colorido com o corante e inserido na garrafa até preencher cerca de 1/4 dela. Em seguida, o canudo deve ser posicionado dentro da garrafa, mas sem tocar o fundo, e fixado na boca da garrafa com fita adesiva, de modo que fique selado (não pode permitir a passagem de ar). Por fim, a argila ou massa de modelar será usada para selar ainda mais a boca da garrafa e fixar melhor o canudo, garantindo que não haja vazamentos. A ponta do canudo que está dentro da garrafa deve ficar submersa no álcool.

2. Calibração do Termômetro Caseiro: Com o auxílio de um termômetro convencional, os alunos devem marcar no canudo as temperaturas correspondentes a 0ºC, 10ºC, 20ºC, 30ºC, e assim sucessivamente.

3. Realização do Experimento: Os alunos irão levar o termômetro a diferentes ambientes e anotar as temperaturas observadas em cada local.

4. Conversão de Escalas: Com as medidas de temperatura coletadas, os alunos deverão realizar a conversão dessas medidas para as escalas Fahrenheit e Kelvin usando as fórmulas de conversão. Além disso, os alunos deverão escolher uma escala não tradicional, pesquisar a fórmula de conversão para essa escala e realizar a conversão das medidas coletadas.

5. Análise dos Resultados: Com base nas conversões realizadas, os alunos irão fazer uma análise comparativa entre as escalas e discutir a importância de cada uma delas em diferentes contextos.

Entrega do Projeto

Após a conclusão da parte prática, os alunos devem organizar um relatório com os seguintes tópicos:

1. Introdução: Deve conter uma contextualização sobre o tema, a relevância das escalas termométricas e o objetivo do projeto.
2. Desenvolvimento: Aqui, os alunos devem apresentar a teoria das escalas termométricas, a descrição detalhada da atividade realizada, a metodologia utilizada e os resultados obtidos, bem como a discussão desses resultados.
   • Na descrição da atividade, os alunos devem reportar todos os detalhes da construção do termômetro, da coleta de dados e das conversões realizadas.
   • Na apresentação e discussão dos resultados, os alunos devem apresentar as temperaturas medidas em cada ambiente e nas diferentes escalas. Também devem discutir o porquê da escolha da escala não tradicional e suas peculiaridades.
3. Conclusão: Os alunos devem concluir o trabalho retomando seus pontos principais, explicitando os aprendizados obtidos e as conclusões retiradas sobre o projeto.
4. Bibliografia: Devem ser indicadas as fontes em que se basearam para trabalhar no projeto como livros, páginas da web, vídeos, etc.

O projeto deve ser entregue em uma semana e cada aluno participante deve dedicar de duas a quatro horas para sua execução.