Escalas termométricas

As escalas termométricas são usadas para representar a temperatura em diferentes unidades. Toda escala termométrica apresenta dois pontos fixos que são definidos a partir de alguma propriedade física de alguma substância que possa ser facilmente observada quando o corpo é submetido às mesmas condições.

Escala Celsius

A escala termométrica mais utilizada no mundo é a escala Celsius. Essa escala é baseada na água pura e tem como pontos fixos os pontos de fusão (0 ºC) e ebulição da água (100 ºC), em condições normais de pressão. A escala Celsius foi criada no ano de 1722, pelo astrônomo sueco Anders Celsius.

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Escala Fahrenheit

A escala Fahrenheit foi descoberta por Daniel Gabriel Fahrenheit, um físico e engenheiro alemão, no ano de 1724.

Alguns países como os Estados Unidos ainda utilizam a escala Fahrenheit. Essa escala foi criada de modo que a temperatura de fusão da água fosse de 32ºF e que cada grau dessa escala correspondesse a 1,8 graus na escala Celsius, por isso a temperatura de fusão da água, na escala Fahrenheit, é de 212 ºF.

Ambas escalas, Celsius e Fahrenheit, são consideradas escalas usuais, isto é, não são escalas termodinâmicas. Uma escala termodinâmica deve levar em conta o fato de que o seu menor valor de temperatura, aquele no qual os átomos de uma porção de substância são encontrados perfeitamente em repouso, deve ser igual a 0, diferentemente do que ocorre nas escalas citadas, que admitem valores negativos de temperatura.

Uma importante diferença entre a escala Fahrenheit e as demais escalas é que essa não é uma escala centígrada, isso é: a distância entre os seus pontos fixos não é de 100 graus, mas sim de 180 graus.

Escala Kelvin

A primeira escala que levou em conta a não utilização de valores negativos de temperatura foi a escala Kelvin, adotada atualmente pelo Sistema Internacional de Unidades. A escala Kelvin atribui a temperatura à agitação térmica dos átomos, por isso, seu limite inferior é o 0 K, conhecido como zero absoluto. Por razões históricas e práticas, alguns países continuam a utilizar as escalas Celsius e Fahrenheit.

A escala Kelvin foi proposta em 1848 por William Thomson, um físico e engenheiro irlandês, conhecido pelo título de Lorde Kelvin. Diferentemente de outras medidas de temperatura, a escala Kelvin não utiliza a terminologia de graus, por ser uma unidade absoluta de temperatura e não uma escala criada com base em alguma substância.

Observe a imagem abaixo, nela temos três termômetros calibrados nas escalas Kelvin, Celsius e Fahrenheit, respectivamente, que evidenciam os pontos fixos de cada uma das três escalas citadas:

Termômetros calibrados nas escalas Kelvin, Celsius e Fahrenheit

Conversão de escalas termométricas

É possível converter valores de temperatura entre as três escalas termométricas mais comuns. Para isso, utilizamos a seguinte identidade:

Confira um exemplo de utilização da fórmula acima. Vamos converter a temperatura de 80 ºF para ºC:

Variação de temperatura em escalas termométricas

Diferentemente do cálculo que é feito para realizar a conversão de temperaturas entre as escalas termométricas, podemos calcular o quanto a variação de temperatura em uma escala corresponde em outra escala. Para tanto, podemos utilizar a seguinte igualdade:

De acordo com as identidades mostradas acima, a variação de temperatura em graus Celsius é a mesma que a variação sofrida na escala Kelvin, portanto, se um corpo sofreu um acréscimo de temperatura de 10 ºC, sua temperatura aumentou em 10 K. No entanto, caso um corpo tenha sofrido um acréscimo de 10 ºC ou 10 K em sua temperatura, na escala Fahrenheit sua temperatura terá aumentado 18 ºF.

Exercícios sobre escalas termométricas

1) Um termômetro mede uma temperatura igual a 20 ºF, determine o valor dessa temperatura na escala Celsius e Kelvin.

Resolução:

Vamos usar a igualdade entre as escalas termométricas para calcular a temperatura de 20 ºF nas escalas pedidas:

2) Determine qual a temperatura para que o valor seja igual em Celsius e Fahrenheit.