A termometria estuda os fenômenos relacionados a temperatura e como ela pode ser medidas. Os termômetros e as escalas termométricas são fundamentais para a termometria.
Ao recebermos informações sobre as temperaturas nos Estados Unidos, elas são expressas em graus Fahrenheit, medida que não faz parte de nosso cotidiano. Alguns estudos científicos nos reportam a temperatura em Kelvin. Conhecermos as conversões entre essas escalas e saber como construímos essas conversões é de suma importância em termos científicos.
Este módulo nos possibilitará realizarmos conversões entre as escalas mais usadas, em termos científicos e mundiais, e construirmos uma escala arbitrária e sua conversão com escalas usuais.
Escalas termométricas
A imagem que você vê é a reprodução de um desenho exis-. tente no livro Tratado de Barômetros e Termômetros, publicado em 1688.
Ele mostra que naquela época a avaliação da temperatura era feita de modo pouco preciso. Veja que o termômetro trazia apenas as indicações: grand chaud (grande calor), temperé (temperado) e grand gelèe (grande frio).
Essa “imprecisão” se devia ao fato de que naquele momento já existiam os termômetros, instrumentos usados na avaliação das temperaturas, porém eles não possuíam uma escala de valores que permitisse uma leitura mais precisa. Essas escalas começaram a ser criadas alguns anos depois.
Quando pretendemos avaliar com exatidão as dimensões de algum objeto, precisamos definir uma escala, isto é, uma medição graduada.
Se você for medir a altura de uma porta, não basta dizer que ela é alta ou baixa, é necessário determinar um valor mais pre-por isso foram criadas as unidades de medida. No caso da porta, o mais conveniente seria o metro ou o centímetro.
De modo similar, identificar uma temperatura como muito quente ou muito fria não dá uma informação precisa, por isso os pesquisadores passaram a trabalhar na busca de escalas com as quais pudessem medir as temperaturas.
Diversas escalas foram criadas, mas as mais usadas atualmente são as escalas, Celsius (°C), Fahrenheit (°F) e Kelvin (K).
Essas escalas permitem uma avaliação mais precisa da temperatura, pois, como já dissemos, o termômetro é um instrumento que mede temperaturas. Seu funcionamento está ligado à capacidade de dilatação dos líquidos.
A maioria dos termômetros possui um bulbo com mercúrio em seu interior. O mercúrio é o único metal líquido à temperatura ambiente que quando aquecido, dilata, subindo na coluna à qual o bulbo se liga. Quando resfriado, ele se contrai e desce na coluna.
Você talvez já tenha visto o mercúrio quando um termômetro quebra. Ele forma inúmeras esferas que, ao serem tocadas, se dividem cada vez mais.
O mercúrio é atraente, mas não devemos brincar com ele, pois sua presença no meio ambiente produz contaminação.
Se um termômetro quebrar, peça a ajuda de um adulto para que todo metal seja recolhido, pois, ficando no chão, entre frestas do assoalho, ele vaporiza, lançando os perigosos vapores de mercúrio no ar.
Esses vapores, quando inalados, podem produzir doenças do sistema nervoso. O material recolhido deve ser colocado em embalagens bem fechadas e recolhido em coletas de lixo especializadas.
Em meados do século XVIII havia mais de 25 escalas termométricas, tendo como pontos extremos as mais variadas substâncias, até havia uma baseada no ponto de fusão da manteiga, mas dentre todas, as que permaneceram e passaram a ser mais usadas foram as escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin.
Escala Fahrenheit
Essa escala foi criada pelo fabricante de instrumentos de precisão e criador dos termômetros com mercúrio, Daniel G. Fahrenheit (1686-1736). Para criá-la, ele escolheu dois pontos iniciais, chamados de pontos fixos. Inicialmente colocou um termômetro, ainda sem escala, dentro de uma mistura de água, gelo e sal.
O mercúrio assinalou uma determinada posição, a qual ele marcou e chamou de zero. Depois, colocou esse mesmo termômetro para determinar a temperatura do corpo humano, quando o mercúrio novamente estacionou em certa posição ele a marcou e chamou de 100. Depois foi só dividir o espaço entre o zero e o 100 em cem partes iguais.
Se colocarmos um termômetro Fahrenheit no gelo, ele marcará 32°F; na água fervente, assinalará 212°F.
Essa escala ainda é muito usada nos países de língua inglesa.
Escala Celsius
A escala Celsius foi criada em 1742, por Anders Celsius (1701-1744), um astrônomo sueco. Celsius escolheu, como ponto fixo inferior, o ponto de fusão do gelo, e como ponto fixo superior, o da ebulição da água, ambos medidos à pressão normal.
O intervalo entre dois pontos foi dividido em cem unidades iguais. Os valores dessa escala devem ser lidos em graus Celsius e não graus centígrados.
A escala Celsius é usada na maior parte dos países do mundo.
Escala Kelvin
É a escala adotada pelo Sistema Internacional (SI) de unidades, foi criada por William Thomson, Lord Kelvin, (1824-1907).
Sabemos que a temperatura de um corpo está relacionada ao estado de agitação de suas moléculas, então, se em um corpo as moléculas estiverem completamente paradas, podemos dizer que sua temperatura é zero, ou ela deveria ser igual a zero, em um estado de ausência de agitação, conhecido como zero absoluto, o qual não pode ser alcançado experimentalmente, embora já se tenha chegado muito próximo a ele.
A escala Kelvin tem como ponto de partida o zero absoluto. Nela, o gelo se forma a 273K e a água ferve a 373K (nessa escala não deve ser feito referência ao termo grau, lê-se trezentos e setenta e três Kelvin). Não só nas pesquisas, pois em termodinâmica trabalha-se com kelvin.
Como as três escalas foram definidas usando pontos fixos diferentes, a temperatura lida em uma não terá significado para quem estiver habituado a fazer leituras em outra. É o caso de avaliações meteorológicas. O que você imaginaria se alguém dissesse que em Nova Iorque as temperaturas nesse momento são de 41°F?
Por sua experiência com a escala Celsius, em um primeiro momento você imaginaria que lá está muito “quente”, não é? Porém 41°F correspondem a 5°C, ou seja, na verdade, a cidade está muito “fria”.
Portanto, é preciso que haja uma forma de fazer a conversão entre as escalas para que haja uma compreensão correta das informações obtidas através delas.
Veja também:
- Eletromagnetismo campo magnético e atração magnética
- Eletrodinâmica: fórmulas, o que é, introdução – Resumo
- Eletrostática
- O que é a luz
- Calorimetria e propagação de calor
- Termometria: exercícios, fórmulas – Explicação completa
- Introdução à termologia: entenda os conceitos básicos – Fórmulas e exercícios
Relação entre as escalas termométricas
Com base nessas relações, é possível montar uma equação através da qual faremos a conversão entre as escalas.
Mas como usamos essas equações?
Em geral, elas são usadas aos pares, na conversão de uma escala em outra. Veja um exemplo: tomemos o caso de Nova Iorque a 41°F, como podemos saber o valor em °C?
Vamos usar apenas a parte da equação que se refere a Celsius e Fahrenheit, portanto, teremos que:
Sabemos que o valor de F é 41, qual será o valor de C? Substituímos na equação e teremos:
Procedemos de forma similar à conversão entre Celsius e Kelvin ou entre Fahrenheit e Kelvin. Veja:
■ A quantos graus Celsius corresponde a temperatura de 163K?
Sendo K = 163, teremos:
C = 163 – 273 => C = -110 => C = -110°C
Portanto, 163 K = -110° C
■ A quantos graus Fahrenheit correspondem 163 K?
Sendo K = 163, teremos:
Tempo, vida e entropia
O grande astrofísico britânico Arthur Eddington uma vez proclamou:
“Se a sua teoria contrariar alguma lei da física tudo bem, é possível que a lei deva ser modificada. Mas se essa lei for a segunda lei da termodinâmica, pode jogar a sua teoria no lixo”. A segunda lei da termodinâmica é, talvez, a lei natural mais fascinante. Em sua versão mais simples, proposta no século XIX por um médico alemão chamado Rudolf Clausius e pelo físico inglês Lord Kelvin, ela afirma que o calor sempre flui de um corpo quente para um corpo mais frio. “Que lei mais óbvia”, imagino que você esteja pensando.
Depois de ler esse texto você pode responder essas perguntas?
- Como podemos definir termometria?
- O que é termometria na física?
- O que são os pontos fixos?
- O que é a propriedade Termométrica?
Referências bibliográficas
- BROCKINGTON, Guilherme; PIETROCOLA, Maurício. Serão as Regras da Transposição Didática Aplicáveis aos Conceitos de Física Moderna?. Investigações em Ensino de Ciências, v. 10, n. 3, p. 387-404, 2016 https://www.if.ufrgs.br/cref/ojs/index.php/ienci/article/view/512
- PIRES, Denise Prazeres Lopes; AFONSO, Júlio Carlos; CHAVES, Francisco Artur Braun. Do termoscópio ao termômetro digital: quatro séculos de termometria. Química Nova, v. 29, n. 6, p. 1393, 2006 http://www.scielo.br/pdf/%0D/qn/v29n6/40.pdf
- ALMEIDA, Guilherme de. Sistema Internacional de Unidades (SI). Grandezas e Unidades Físicas. Terminologia, Símbolos e Recomendações. Plátano Editora, SA, 1988 https://www.platanoeditora.pt/files/1110/8875.pdf
