TEMPERATURA 

Temperatura

Introdução

A temperatura é uma das grandezas físicas mais presentes no cotidiano. Ela está relacionada à sensação de quente e frio, ao funcionamento de aparelhos domésticos, às mudanças de estado físico da matéria e até ao equilíbrio climático do planeta. Quando tocamos em um objeto e sentimos que ele está mais quente que nossa mão, estamos percebendo uma diferença de temperatura. No entanto, na Física, a temperatura é definida de maneira mais precisa e está associada ao nível de agitação das partículas que compõem um corpo.

A temperatura

Do ponto de vista microscópico, a temperatura está relacionada à energia cinética média das partículas de um sistema. Quanto maior a agitação das partículas, maior a temperatura. Em um gás aquecido, por exemplo, as moléculas se movimentam mais rapidamente. Em um sólido frio, as partículas vibram menos intensamente.

É importante diferenciar temperatura de calor. Temperatura é uma medida do estado térmico de um corpo, enquanto calor é energia térmica em trânsito, transferida devido a uma diferença de temperatura.

Equilíbrio térmico

Dois corpos estão em equilíbrio térmico quando, ao serem colocados em contato, não ocorre troca de calor entre eles. Isso significa que estão à mesma temperatura.

Esse princípio é descrito pela Lei Zero da Termodinâmica, que afirma que, se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro, então estão em equilíbrio térmico entre si. Essa ideia é fundamental para a construção dos termômetros.

Medição de temperatura

A medição da temperatura é feita com o auxílio de termômetros, que utilizam propriedades físicas que variam com a temperatura. Entre essas propriedades estão a dilatação de líquidos, a variação da resistência elétrica e a emissão de radiação térmica.

Um termômetro clínico de mercúrio, por exemplo, funciona com base na dilatação do líquido. Quando a temperatura aumenta, o mercúrio se expande e sobe no tubo graduado.

Equação termométrica

A equação termométrica relaciona uma grandeza física que varia com a temperatura. De forma geral, pode ser representada por

X = X0 + k θ

Nessa expressão, X é a propriedade termométrica medida, X0 é o valor dessa propriedade em uma temperatura de referência, k é uma constante característica do material e θ representa a temperatura.

Essa relação mostra que muitas propriedades variam linearmente com a temperatura dentro de determinados intervalos.

Escalas termométricas

As escalas termométricas são sistemas numéricos utilizados para medir a temperatura. Elas são construídas a partir de pontos fixos fundamentais e da divisão do intervalo entre esses pontos.

Cada escala adota valores específicos para esses pontos, mas todas se baseiam nos mesmos fenômenos físicos.

Pontos fixos fundamentais

Os pontos fixos fundamentais tradicionalmente utilizados são a temperatura de fusão do gelo e a temperatura de ebulição da água, sob pressão normal.

Na escala Celsius, o ponto de fusão do gelo corresponde a 0 graus e o ponto de ebulição da água corresponde a 100 graus. Esses pontos servem como referência para dividir a escala em intervalos iguais.

Escalas Celsius e Fahrenheit

Na escala Celsius, o intervalo entre a fusão do gelo e a ebulição da água é dividido em 100 partes iguais.

Na escala Fahrenheit, esses mesmos pontos correspondem a 32 graus e 212 graus, respectivamente. O intervalo entre eles é dividido em 180 partes iguais.

Isso significa que a variação de temperatura de 1 grau Celsius corresponde a uma variação de 1,8 grau Fahrenheit.

Conversão entre as escalas Celsius e Fahrenheit

A relação entre as escalas Celsius e Fahrenheit pode ser expressa por

θF = 9/5 θC + 32

Nessa equação, θF é a temperatura em Fahrenheit e θC é a temperatura em Celsius.

Por exemplo, para converter 20 graus Celsius em Fahrenheit:

θF = 9/5 × 20 + 32
θF = 36 + 32
θF = 68 graus Fahrenheit

Variação de temperatura

A variação de temperatura é representada por Δθ e corresponde à diferença entre a temperatura final e a inicial:

Δθ = θ - θ0

Nas escalas Celsius e Kelvin, a variação numérica é a mesma. Isso significa que um aumento de 10 graus Celsius corresponde a um aumento de 10 kelvin.

O zero absoluto

O zero absoluto é a menor temperatura teoricamente possível. Ele corresponde ao estado em que a agitação térmica das partículas é mínima.

Seu valor é aproximadamente menos 273,15 graus Celsius. Nessa condição, a energia cinética média das partículas tende ao valor mínimo permitido pelas leis da Física.

A escala absoluta

A escala absoluta é a escala Kelvin, que tem como ponto inicial o zero absoluto. Nessa escala, não existem valores negativos.

A relação entre as escalas Celsius e Kelvin é dada por

T = θC + 273

Em que T é a temperatura em kelvin.

Por exemplo, 25 graus Celsius correspondem a

T = 25 + 273
T = 298 kelvin

A escala Kelvin é amplamente utilizada em estudos científicos, especialmente em Termodinâmica, pois está diretamente relacionada à energia das partículas.