Escalas termométricas – Temperatura, Kelvin, Celsius, Fahrenheit, Exercícios

Por Natália Alves em 03/07/2019, às 10:07

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:

T_c = temperatura na escala Celsius;
T_k = temperatura na escala Kelvin;
T_f = 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: T_c = T_k – 273,15°;
Para descobrir a relação entre Celsius e Fahrenheit é a seguinte: T_{f =}9/5 T_c+ 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: