William Thomson, 1º Barão Kelvin Biografia, Curiosidades, obras, descobertas

William Thomson Kelvin Biografia

William Thomson, 1º Barão Kelvin (26 de junho de 1824 – 17 de dezembro de 1907) foi um físico-matemático e engenheiro britânico, considerado um lídernas ciências físicas do século XIX.

Ele fez importantes contribuições na análise matemática da eletricidade e termodinâmica, e fez muito para unificar as disciplinas emergentes da física em sua forma moderna.

Ele é amplamente conhecido por desenvolver a escala Kelvin de temperatura absoluta. O título de Barão Kelvin foi dado em homenagem a suas realizações.

Força eletromotriz de Thomson, é a tensão elétrica existente entre dois pontos que estão em temperaturas diferentes num condutor. Este efeito foi estudado por William Thomsom (Lord Kelvin). Em 1854, Thomson concluiu, através das leis da termodinâmica, que a condução de calor, ao longo dos fios metálicos de um par termoelétrico, que não transporta corrente, origina uma distribuição uniforme de temperatura em cada fio.

William Thomson Kelvin Biografia, descobertas

Quando existe corrente, modifica-se em cada fio a distribuição de temperatura em uma quantidade não inteiramente devida ao efeito Joule. Essa variação adicional na distribuição da temperatura denomina-se efeito Thomson.

Artigo científico que foi o precursor da teoria de Einstein

Em 1881 escreveu um artigo científico que foi o precursor da teoria de Einstein. Nele mostrava que massa e energia se equivalem. Tinha então 24 anos. Ao diplomar-se, passou a trabalhar no Laboratório Cavendish, da Universidade de Cambridge, onde em 1884 assumiu a chefia, embora criticado por ter apenas vinte e oito anos.

Em 1890 casa-se com Rose Paget, aluna de seus cursos avançados. Seu filho George Paget Thomson nasceu em 1892. Descobriu a mínima partícula em 1897, o “elétron”, assim estabelecendo a teoria da natureza elétrica da matéria.

Suas experiências com o raio catódico, descoberto pelo físico Crookes, Thomson verificou que além de serem desviados por um imã, também eram desviados por um campo elétrico, o que dentro das leis da eletrodinâmica, confirmava que os raios catódicos eram correntes de partículas dotadas de carga elétrica.

Thomson empreendeu então a tarefa de medir a massa relativa da partícula de carga elétrica negativa que hoje conhecemos por elétron. Descobriu que a a massa de cada uma era cerca de 2000 avos de um átomo de hidrogênio. Ao mesmo tempo calculou a velocidade do elétron e achou que era de cerca de 256 000 km por segundo.

A “câmera de nuvem”

Em 1897 houve alguma relutância em aceitar a ideia dessas partículas, por isso Thomson sugeriu que elas fossem fotografadas. O professor Thomson encarregou seu aluno Charles T. R. Wilson, de solucionar esse problema. Wilson construiu um dispositivo em que podia produzir rapidamente a umidade e também as partículas atômicas. Trabalhou durante anos e finalmente em 1911 aperfeiçoou sua “câmera de nuvem”.

O trabalho estava completo. A partícula negativa que Thomson descobrira fora pesada, sua velocidade fora medida e de certo modo seu retrato estava tirado. Já naquela época recebera o nome de elétron. Thomson deixou precioso legado de manuais de Física, Matemática e Química.

Joseph John Thomson morreu em Cambridge, Inglaterra, no dia 30 de agosto de 1940.

Temperatura

Todas as substâncias são constituídas de pequenas partículas, as moléculas, que estão em contínuo movimento.

Quanto mais rápido o movimento das moléculas mais quente o corpo e quanto mais lento mais frio.

Calor

“O Calor consiste no movimento das partículas de um corpo” – Isaac Newton

É a energia cinética das moléculas, energia em trânsito.

Equilíbrio Térmico

Do maior potencial ao menor. Ausência de troca de energia entre os corpos.

Quanto maior a temperatura de um corpo, maior a vibração das moléculas.

Estrutura do Sólido

Nos sólidos, as moléculas vibram em torno de posições fixas.

Estrutura do Líquido

Nos líquidos as moléculas vibram, mas mudam constantemente de posições.

Estrutura do gás

No gás, as moléculas movem-se livremente a grande velocidade e sem nenhuma ordem.

MODOS DE TRANSMISSÃO DE CALOR

A TRANSMISSÃO DE CALOR É DEFINIDA COMO A ENERGIA DE UMA REGIÃO A OUTRA, SENDO A DIFERENÇA DE POTENCIAL TÉRMICO ENTRE ELAS.

Se um bloco quente de cobre é colocado num recipiente com água fria, observa‑se que o cobre esfria e a água se aquece, até que seja atingido o equilíbrio de temperatura.

Os aumentos da temperatura da água e queda da temperatura do cobre são devidos a passagem de uma forma de energia do cobre para a água. Dessa energia chega‑se ao conceito de calor.

“O CALOR é definido como sendo a forma de energia que é transferida através da fronteira de um sistema, em virtude da diferença de temperatura”.

A transmissão de calor pode ser definida como a transmissão de energia de uma região a outra, como resultado da diferença de temperatura entre elas.

Como existem diferenças de temperaturas em todo o universo, os fenômenos de fluxo de calor são tão universais quanto os associados às atrações gravitacionais.

Ao contrário da gravidade, entretanto, o fluxo de calor não é governado por uma única relação, mas por uma combinação de várias leis da física.

Temos três modos distintos de transmissão de calor: CONDUÇÃO, RADIAÇÃO e CONVECÇÃO.

CONDUÇÃO

A condução é um processo pelo qual o calor flui de uma região de alta temperatura para outra mais baixa, dentro de um meio (sólido, líquido ou gasoso) ou entre meios diferentes em contato físico direto.

No fluxo de calor por condução a energia é transmitida por meio de comunicação molecular direta, sem apreciável deslocamento das moléculas.

RADIAÇÃO

A radiação ou calor radiante é um processo pelo qual o calor flui de um corpo de alta temperatura para um de baixa quando eles estão separados no espaço, ainda que exista um vácuo entre eles.

O CALOR RADIANTE, NO VÁCUO, ATINGE A VELOCIDADE DA LUZ DE 300 mil km/s.

O termo radiação é em geral aplicado para todas as espécies de fenômenos de ondas eletromagnéticas. Na transmissão de calor, são de interesse apenas os fenômenos que resultam da diferença de temperatura e podem transportar energia através de um meio onde exista o vácuo ou através do espaço.

Essa energia é o Calor Radiante.

Todos os corpos emitem calor radiante de modo constante. A intensidade das emissões depende da temperatura e da natureza da superfície.

A energia radiante tem a velocidade da luz (300 mil km/s) como à radiação da luz.

De fato, de acordo com a teoria eletromagnética, a luz e a radiação térmica diferem apenas nos comprimentos de onda.

O calor radiante irradia de um corpo na forma de impulsos ou “quantum” de energia.

CONVECÇÃO

A convecção é um processo de transporte de energia pela ação combinada da condução de calor, armazenamento de energia e movimento de mistura. A convecção é mais importante como mecanismo de transferência de energia (calor) entre uma superfície sólida e um líquido ou gás.

DILATAÇÃO TÉRMICA DOS CORPOS

De um modo geral, quando aumenta a temperatura de um corpo (sólido ou líquido), aumenta também a agitação das partículas que formam esse corpo.

Isso causa um afastamento entre as partículas, e assim um aumento nas dimensões do corpo (dilatação térmica).

Por outro lado, uma diminuição na temperatura de um corpo acarreta uma redução em suas dimensões.

Na construção civil, por exemplo, para prevenir possíveis trincas e rupturas por causa da dilatação térmica dos materiais, utilizam-se as ” folgas”, chamados de juntos de dilatação.

De maneira geral, os líquidos dilatam-se sempre mais que os sólidos ao serem igualmente aquecidos.

Dilatação Linear

Embora a dilatação de um sólido ocorra em todas as dimensões, pode predominar a dilatação de apenas uma das suas dimensões sobre as demais.

Ou, ainda, podemos estar interessados em uma única dimensão do sólido.

Dilatação Superficial

É a variação da área de uma placa quando submetida a uma variação de temperatura.

Dilatação Volumétrica

Vamos considerar a variação de volume, isto é, a dilatação nas três dimensões do sólido (comprimento, largura e altura).

DILATAÇÃO DA ÁGUA

A dilatação de um sólido com o aumento de temperatura ocorre porque com o aumento da energia térmica aumentam as vibrações dos átomos e moléculas que formam o corpo, fazendo com que passem para posições de equilíbrio mais afastadas que as originais.

OBS.: Na água ocorre fenômeno inverso de 0 a 4ºC. Portanto para dada massa de água, a 4ºC ela apresenta um volume mínimo. Lembrando que a densidade é dada pela relação entre a massa e seu volume (d = m/v), concluímos que a 4ºC a água apresenta densidade máxima.

O comportamento da água explicam por que, nas regiões de clima muito frio, os lagos chegam a ter suas superfícies congeladas, enquanto no fundo a água permanece líquida a 4ºC. Como a 4ºC água tem densidade máxima, ela permanece no fundo não havendo possibilidade de se estabelecer o equilíbrio térmico por diferença de densidade.

DILATAÇÃO DE CORPOS “OCOS”

“Corpos ocos se dilatam como se não fossem ocos.”

Exemplos:

a) Um anel de aço, ao se dilatar, comporta-se como um disco de aço.

b) Um furo em uma chapa de ferro se dilata, quando aquecido, como se fosse feito de ferro .

c) Quando aquecido um cubo oco de cobre se dilata como um sólido.

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A teoria e os conceitos em Termopar – William Thomson Kelvin Biografia

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Termopares são fios metálicos de materiais diferentes que quando soldados e aquecidos neste ponto, observa-se uma carga em milivolts que se apresenta de modo proporcional a temperatura, e assim são elementos que se assemelham a termo pilhas.

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