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Termometria: a ciência da medição de temperaturas

  • por em 6 de maio de 2021

Entendendo que o corpo está em equilíbrio térmico, definimos como temperatura uma grandeza física que mede a energia cinética média de cada grau de liberdade de cada uma das partículas de um sistema. Quanto mais agitadas essas moléculas estiverem, maior a temperatura.

A partir desse conceito, vários físicos ao longo da história trabalharam nessa questão de como medir com confiabilidade essa temperatura. Para você ter uma ideia, até a metade do século XVIII, mais de 35 escalas de medida foram propostas. Dessas, as mais bem sucedidas foram Celsius, Kelvin, Fahrenheit e Réaumur.

O aparelho utilizado para fazer medidas de temperatura é o termômetro, que pode ser encontrado em nestas quatro escalas. A temperatura está associada à sensação de quente ou frio que se percebe ao tocar um objeto. No entanto, a sensação do tato não nos fornece precisão da temperatura, para isso existem os termômetros.

Principais escalas

O Kelvin é a unidade de temperatura no sistema internacional de unidades. Também conhecida como escala absoluta, foi criada pelo físico inglês William Thompson (1824-1907), também conhecido como Lorde Kelvin. Esta escala tem como referência a temperatura do menor estado de agitação de qualquer molécula (0 K) e é calculada a partir da escala Celsius. Por convenção, não se usa “grau” para esta escala, ou seja 0 K, lê-se zero kelvin e não zero grau kelvin. Em comparação com a escala Celsius:

-273 °C = 0 K
0 °C = 273 K
100 °C = 373 K

A escala Celsius, também conhecida como centígrado também é outro sistema de medição da temperatura. É a escala usada no Brasil e na maior parte dos países, oficializada em 1742 pelo astrônomo e físico sueco Anders Celsius (1701-1744). Esta escala tem como pontos de referência a temperatura de congelamento da água sob pressão normal (0 °C) e a temperatura de ebulição da água sob pressão normal (100°C).

A próxima escala a ser apresentada é Fahrenheit. O criador dessa escala e também do termômetro de mercúrio (1714), foi o físico, engenheiro e soprador de vidro de origem polaco-alemã Daniel Gabriel Fahrenheit. Após desenvolver vários instrumentos para medições, o cientista resolveu criar uma medida própria que tem como ponto zero a temperatura de congelamento de água, gelo pilado, sal e amônia e o ponto máximo (96) baseado na temperatura de um homem sadio. Apesar de ter criado excelentes termômetros para época, Fahrenheit ainda não conhecia bem as ideias de calor e temperatura. Devido a sua reputação e influência na Royal Society, a sua escala foi adotada na Inglaterra e consequentemente nos países de colonização inglesa, como os Estados Unidos, Canadá e Austrália. Mesmo que não existam mais vantagens desta medição devido aos avanços da ciência, essa escala ainda sobrevive nos países de língua inglesa. Em comparação com a escala Celsius:

0 °C = 32 °F
100 °C = 212 °F

Por fim, a menos utilizada das apresentadas: a escala Réaumur (°Ré). Ela mede o grau de agitação das partículas. Apesar disso, é uma grandeza macroscópica. As referências dessa escala são o ponto de congelamento da água (0° Ré) e seu ponto de ebulição (80° Ré). Assim, a unidade desta escala, o grau Réaumur, vale 5/4 de 1 grau Celsius e a escala tem o mesmo zero que a escala Celsius. Em comparação com a escala Celsius:

°Ré = °C × 4/5

Convertendo as escalas de temperatura Fahrenheit, Celsius e Kelvin

Celsius para Kelvin e Kelvin para Celsius

A diferença entre as escalas Celsius (°C) e Kelvin (K) é o ponto zero. Para realizar a conversão é apenas somar 273:

K = °C + 273 ⟷ °C = K – 273

Exemplo: 10° C -> K= 10 + 273 -> 10° C = 283 K

Celsius para Fahrenheit e Fahrenheit para Celsius

Importante: não é através de regra de três! Calcula-se através da variação de temperatura dos pontos de fusão e ebulição, ou seja, usa-se o Teorema de Tales. Logo:

(°C- 0) / (100 – 0) = (°F – 32) / (212 – 32) → (°C / 100) = (°F – 32)/180

…simplificando a equação: °C / 5 = (°F – 32) / 9

Kelvin para Fahrenheit e Fahrenheit para Kelvin

A lógica mais simples é converter K para °C e utilizar a formula anterior de °C para °F. E vice versa, se a conversão for o contrário.

Todas essas equações são montadas a partir da aplicação do Teorema de Tales, no qual é necessário que se conheça dois pontos equivalentes de temperatura nas escalas, sendo mais comum o uso das temperaturas de fusão e ebulição da água. Portanto, faz-se a proporção entre as variações de temperatura. Pode-se relacionar também com escalas de comprimento (um termômetro apagado, por exemplo) utilizando o mesmo procedimento.

** Este texto não reflete, necessariamente, a opinião do Portal UAI.

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