As escalas termométricas são usadas para conhecermos o valor da uma temperatura de um corpo. A temperatura é uma das sete grandezas do SI, sendo as escalas Celsius, Kelvin e Fahrenheit as escalas mais utilizadas.
A escala Kelvin é mais usada em laboratórios e é oficial do Sistema Internacional, porém as outras escalas são bastante utilizadas no cotidiano das pessoas. Veja, a seguir, o que são essas escalas e como elas funcionam.
Temperatura
A medida de temperatura é um processo indireto e, como toda medida, exige o estabelecimento de um padrão. Muitos padrões (ou escalas) foram propostos ao longo do tempo, mas a unidade atual de temperatura foi definida em 1954, quando o ponto tríplice da água foi escolhido como ponto fixo fundamental, à qual se atribuiu a temperatura de 273,16 Kelvin, por definição.
Embora não exista um limite para a temperatura máxima de um corpo, existe um limite que determina qual é a menor temperatura que um corpo pode ter; essa temperatura limite é tomada como o zero da escala Kelvin.
A temperatura é responsável por medir o grau de energia cinética (agitação) das partículas de um sistema, portanto, o zero absoluto é praticamente quando as energias cinética e térmica desse sistema chegam a zero.
Sabemos que dificilmente o zero absoluto será alcançado, portanto, dizemos que um sistema no zero absoluto possui a menor quantidade de energia possível.
Escala Kelvin
Denominada escala termodinâmica de temperatura, foi descoberta de William Thomson, lorde Kelvin, matemático e físico escocês.
Nessa escala, a temperatura é medida em Kelvin (K), e atualmente é ela a escala adotada pelo Sistema Internacional.
Seu surgimento veio com a necessidade de encontrar uma escala que usasse o zero absoluto, ou seja, encontrar a temperatura em que as partículas não tivessem mais movimento.
Foi usado, então, como referência, os pontos de fusão e ebulição da água, que nessa escala são:
- Ponto de fusão da água = 273 K;
- Ponto de ebulição da água = 373 K.
Perceba: a variação entre as duas temperaturas é de exatamente 100K. Guarde essa informação.
Escala Celsius
Nessa escala, a temperatura é medida em graus Celsius (°C). Ela foi descoberta por Anders Celsius, astrônomo sueco. Atualmente, é uma das escalas termométricas mais utilizadas nos países.
Como a maioria das escalas, temos dois valores importantes que são usados como referência, que são:
- Ponto de fusão da água = 0°C;
- Ponto de ebulição da água = 100°C.
Portanto, é visível que essa é uma escala centígrada, ou seja, apresenta cem intervalos entre os pontos de fusão e ebulição.
A temperatura na escala Celsius tem o mesmo valor numérico que Kelvin, tendo noção de que ambas possuem uma variação de 100 intervalos entre os pontos de ebulição e fusão da água.
Entretanto, o zero da escala Celsius está em um valor mais conveniente que o zero absoluto da escala Kelvin.
Quando expressamos a temperatura nessa escala, usamos o símbolo de grau (°). Assim, escrevemos 200°C (lê-se duzentos graus Celsius).
Lembre-se: isso só é valido nessa escala, não podemos escrever “200°K”, o certo é escrever apenas “200K”.
Escala Fahrenheit
Essa escala é mais comum nos Estados Unidos. Foi desenvolvida pelo físico e engenheiro Gabriel Fahrenheit, no ano de 1724, e utiliza um grau menor que o grau Celsius e um zero de temperatura diferente.
Seus pontos mais importantes de temperatura são:
- Ponto de fusão da água = 32°F;
- Ponto de ebulição da água = 212°F.
Conversão entre escalas
A conversão entre duas escalas pode ser feita com facilidade a partir de dois pontos de referência, que são exatamente os pontos de congelamento e ebulição da água.
Sendo:
- Tc = temperatura na escala Celsius;
- Tk = temperatura na escala Kelvin;
- Tf = temperatura na escala Fahrenheit.
Usamos as seguintes expressões para calcular a conversão entre escalas:
- Para descobrir o equivalente entre uma temperatura em Kelvin ou em Celsius, use: Tc = Tk – 273,15°;
- Para descobrir a relação entre Celsius e Fahrenheit é a seguinte: Tf = 9/5 Tc + 32°.
De modo geral, podemos utilizar a seguinte fórmula para fazer transformações entre as escalas:
Uma variação de 5°C equivale a uma variação de 9°F: 5 C° = 9 F°.
Observe o sinal de grau após a letra, para identificar que estamos falando de diferenças de temperatura.
Enquanto isso, as variações de Celsius e Kelvin são equivalentes.
Exercícios Resolvidos
1) Um turista brasileiro trouxe dos Estados Unidos um pequeno termômetro cilíndrico de cristal líquido – uma fita plástica com pequenos retângulos que se tornam coloridos quando ela é colocada na testa de uma pessoa. Embora graduada nas escalas Celsius e Fahrenheit, a maioria dos valores não se correspondem. Veja:
Determine:
A) em graus Celsius, as temperaturas limite dessa fita, indicadas com 94°F e 104°F.
B) em grau Fahrenheit, a temperatura do valor equivalente a 37°C.
RESPOSTA:
A) Tc = 5/9 (Tf – 32)
Tc = 5/9 . (94 – 32) = 34,4°C
Tc = 5/9 . (104 – 32) = 40 °C
B) Tf = 9/5 Tc + 32°
Tf = 9/5 . 37 + 32° = 98,6 °F
